Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương từ trường nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi chuyện vật lí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC BÙI ĐỨC SƠN XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG “ TỪ TRƯỜNG” NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI CHUYÊN VẬT LÍ L

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

BÙI ĐỨC SƠN

XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG “ TỪ TRƯỜNG” NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC

SINH GIỎI CHUYÊN VẬT LÍ

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

BỘ MÔN VẬT LÍ

Mã số: 60 14 01 11

Người hướng dẫn khoa học: TS NGÔ DIỆU NGA

HÀ NỘI – 2014

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Giáo dục được coi là quốc sách hàng đầu của nước ta, hiện nay ngành đang

có những đổi mới và được quan tâm đặc biệt Trong đó, đào tạo nhân tài vẫn là một trong những mục tiêu quan trọng nhất của ngành giáo dục, các trường chuyên là một trong những mũi nhọn tiên phong trong quá trình đào tạo nhân tài cho đất nước

Hệ thống các trường chuyên trung học phổ thông trên cả nước đã và đang đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện, bồi dưỡng học sinh giỏi là cái nôi để đào tạo các nhà khoa học, nhà quản lý và các doanh nhân giỏi

Đào tạo học sinh Chuyên, học sinh giỏi ở bậc Trung học Phổ thông (THPT)

là một quá trình mang tính khoa học đòi hỏi phải có chiến lược lâu dài và có phương pháp phù hợp

Trong quá trình giảng dạy ở trường phổ thông nhiệm vụ phát triển tư duy cho học sinh là nhiệm vụ rất quan trọng, đòi hỏi tiến hành đồng bộ ở các môn, trong đó Vật lí là môn khoa học TN đề cập đến nhiều vấn đề của khoa học, sẽ góp phần rèn luyện tư duy cho học sinh ở mọi góc độ đặc biệt là qua phần giải bài tập Vật lí Bài tập Vật lí không những có tác dụng rèn luyện kỹ năng vận dụng, đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú mà còn thông qua đó để ôn tập, rèn luyện một số kỹ năng cần thiết về Vật lí, rèn luyện tính tích cực, tự lực, trí thông minh sáng tạo cho học sinh, giúp học sinh hứng thú trong học tập Cũng thông qua bài tập Vật lí giáo viên kiểm tra, đánh giá việc nắm vững kiến thức và kỹ năng Vật lí của học sinh

Trong các lớp chuyên Vật lí trung học phổ thông của nước ta hiện nay, học sinh được luyện nhiều bài tập khó dẫn đến quen, còn nặng về tính toán đôi khi chưa phát huy được óc quan sát, khả năng phát hiện vấn đề Còn thiếu những nghiên cứu

và hướng dẫn chi tiết cho công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí ứng với từng chương bài và chủ đề cụ thể

Thời gian gần đây, dạng bài tập về chương “Từ trường” thường xuất hiện trong các đề thi chọn học sinh giỏi cấp Trường, cấp Tỉnh và đề thi chọn học sinh giỏi Quốc Gia

Nhằm mục đích phục vụ cho việc giảng dạy của GV và nghiên cứu của học

hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương “Từ trường” nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi chuyên Vật lí" nhằm góp phần nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi,

nâng cao chất lượng giảng dạy Vật lí ở các lớp chuyên Vật lí THPT hiện nay

2 Lịch sử vấn đề nghiên cứu

Cho đến nay, đã có một số học viên cao học nghiên cứu về đề tài xây dựng

hệ thống bài tập cho khối chuyên như: Phạm Thành Công với đề tài Xây dựng hệ

thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Dao động và sóng điện từ Vật lí 11 nhằm bồi dưỡng HSG của học sinh THPT chuyên Phạm Thị Lan Anh với

đề tài Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Cảm

ứng điện từ Vật lí 11 nhằm bồi dưỡng HSG của học sinh THPT chuyên Nguyễn

Đăng Tình với đề tài Soạn thảo hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài

chương “Dòng điện xoay chiều” – Vật lí 12” Nguyễn Khả Thụ với đề tài “Soạn thảo hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Dao động và sóng điện từ- vật lí 12 theo hướng tích cực hóa hoạt động học tập và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh” Các tác giả viết sách giáo khoa và sách bài tập

vật lí phổ thông cũng đã soạn thảo hệ thống bài tập bám sát các chủ đề vật lí phổ thông Có nhiều công trình nghiên cứu khác đề cập đến hệ thống bài tập chương Từ trường, nhưng các công trình đó chưa đi sâu vào đối tượng học sinh Chuyên

3 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

3.1 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Từ trường – Vật lí 11 nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi THPT chuyên

3.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu đặc điểm, năng lực của Học sinh giỏi, học sinh giỏi Vật lí THPT

- Tìm hiểu lý luận về phương pháp bồi dưỡng học sinh giỏi, học sinh giỏi Vật lí

ở trường THPT

- Tìm hiểu lý luận về vai trò, tác dụng, phương pháp giải bài tập Vật lí

- Nghiên cứu nội dung kiến thức chương Từ trường – Vật lí 11 Chuyên

- Lựa chọn, xây dựng hệ thống bài tập Từ trường – Vật lí 11 Chuyên

- Định hướng, xây dựng phương pháp giải bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Từ trường – Vật lí 11 Chuyên

- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá ưu điểm, nhược điểm và hiệu quả của hệ thống bài tập và phương pháp hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Từ trường – Vật lí 11 THPT Chuyên

4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

- Khách thể nghiên cứu: Học sinh Chuyên Lí THPT Chuyên

- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống bài tập và phương pháp hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Từ trường THPT Chuyên

5 Vấn đề nghiên cứu

Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Từ trường như thế nào sẽ bồi dưỡng được học sinh giỏi Vật lí ở trung học phổ thông chuyên?

6 Giả thuyết khoa học

Xây dựng được hệ thống bài tập đa dạng, phong phú có nội dung phù hợp chương trình dạy học vật lí phổ thông chuyên và hướng dẫn hoạt động giải bài tập theo các phương pháp có sự định hướng tư duy và phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh sẽ góp phần bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí ở Trung học phổ thông chuyên

7 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu

- Áp dụng với chương Từ trường

- Nghiên cứu cho học sinh ở khối chuyên Vật lí THPT chuyên Nguyễn Trãi – Hải Dương

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa lí luận: Tìm hiểu những đặc điểm và yêu cầu cần có của học sinh giỏi, học sinh chuyên Lí Trung học phổ thông Từ đó biên soạn hệ thống bài tập chương “Từ trường” và áp dụng các phương pháp hướng dẫn giải bài tập phù hợp giúp bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí

- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong việc giảng dạy chương Từ trường ở các trường THPT chuyên khác trong cả nước Đồng thời nó còn có giá trị tham khảo cho các thầy cô ở các trường THPT khi luyện tập cho học sinh giỏi để tham gia các kỳ thi học sinh giỏi các cấp

9 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu về Tâm lí học,

Cách bồi dưỡng nhân tài; Phương pháp dạy giải bài tập vật lí; Các sách khoa học về

Từ trường; Sách giáo khoa vật lí 9, vật lí 11 ; Sách bài tập vật lí 9, vật lí 11

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Phương pháp thực nghiệm, phương pháp điều tra

- Phương pháp thống kê toán học

10 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần Mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của luận văn được trình bày trong 03 chương

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn về bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí và hướng dẫn hoạt động giải bài tập Vật lí ở Trung học phổ thông Chuyên

Chương 2 Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Từ trường nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi ở THPT Chuyên

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT

LÍ VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ

Ở TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN 1.1 Tổng quan về học sinh giỏi Vật lí và học sinh THPT chuyên

1.1.1 Khái niệm về học sinh giỏi Vật lí và học sinh THPT chuyên

1.1.1.1 Học sinh giỏi

Học sinh giỏi là những học sinh có khả năng thể hiện xuất sắc hoặc năng lực nổi trội trong các lĩnh vực trí tuệ, sự sáng tạo, khả năng lãnh đạo, nghệ thuật, hoặc các lĩnh vực lí thuyết chuyên biệt Những HS này thể hiện tài năng đặc biệt của mình từ tất cả các bình diện xã hội, văn hóa và kinh tế

Nhiều nước quan niệm: HSG là những đứa trẻ có năng lực trong các lĩnh

vực trí tuệ, sáng tạo, nghệ thuật và năng lực lãnh đạo hoặc lĩnh vực lí thuyết Những học sinh này cần có sự phục vụ và những hoạt động không theo những điều kiện thông thường của nhà trường nhằm phát triển đầy đủ các năng lực vừa nêu trên Cơ quan Giáo dục Hoa Kỳ miêu tả khái niệm “HS giỏi” như sau: Đó là những học sinh có khả năng thể hiện xuất sắc hoặc năng lực nổi trội trong các lĩnh vực trí tuệ, sự sáng tạo, khả năng lãnh đạo, nghệ thuật, hoặc các lĩnh vực lí thuyết chuyên biệt Những HS này thể hiện tài năng đặc biệt của mình từ tất cả các bình diện xã hội, văn hóa và kinh tế”

Giỏi là cái con người tạo ra cho mình trong quá trình hoạt động có nhận thức của bản thân chứ không phải cái được trời ban cho

1.1.1.2 Học sinh giỏi Vật lí

Nói chung học sinh giỏi và học sinh giỏi Vật lí đều có đặc điểm là tích cực, chủ động, sáng tạo trong học tập có năng lực tư duy phát triển Trong qua trình dạy học để lựa chọn phương pháp dạy học phù hợp giáo viên luôn phải quan tâm đến những đặc điểm này

Những học sinh có năng khiếu cao trong một lĩnh vực thì trở thành giỏi trong lĩnh vực ấy một cách dễ dàng Tuy nhiên, nếu không có năng khiếu đặc biệt nhưng

có sự luyện tập đặc biệt với lòng say mê cao độ trong những điều kiện thuận lợi có thể trở thành những người giỏi một lĩnh vực nhất định (HSG Toán, HSG Lý )

Một số dấu hiệu của học sinh giỏi vật lí:

- Học sinh có thái độ say sưa, nhiệt tình trong việc học Vật lí chính là điều kiện cần thiết để hình thành và phát triển năng lực ở bộ môn đó Chính ý thức, trách nhiệm cao với công việc, thái độ lao động say mê, cần cù đã có tác dụng với sự phát triển nhân cách, năng lực và làm cho hoạt động trở nên có ý nghĩa và hiệu quả

- Có hứng thú đối với cấu trúc logíc của khoa học

- Có khả năng quan sát rất tốt các sự vật hiện tượng xảy ra xung quanh và có cách nhìn rất thân thiện với các hiện tượng đó

- Trong khi thu nhận và ghi nhớ một sự kiện vật lý nào đó, học sinh không bị các biểu hiện quen thuộc bên ngoài của sự kiện (lời văn, kí hiệu, hình ảnh ) lấn át hẳn nội dung, bản chất thực sự của sự kiện

- Có óc suy luận toán học nói riêng cũng như phương pháp tư duy nói chung

và sự hiểu biết vững chắc về toán học

- Say mê tìm hiểu mối liên hệ giữa các sự vật hiện tượng và luôn tìm cách giải thích chúng

- Có khả năng chỉ ra một cách nhanh chóng và chính xác các dấu hiệu bản chất của sự vật hiện tượng và nguyên nhân của nó

- Có khả năng phân tích, vận dụng một cách sâu sắc các kiến thức đã học để chỉ ra bản chất của các nghịch lý vật lý, cũng như khả năng phát hiện nhanh chóng các sai lầm đó khi chúng xuất hiện và phân tích được chúng

- Có khát vọng và quyết tâm giải được các bài toán vật lí

- Có sự chú ý mang tính chất chọn lọc, không dừng lại trước những điều

chẳng liên quan đến sự vật, hiện tượng; có khả năng nhìn được từ xa cả những điều nhỏ nhất nếu giữa chúng với sự kiện đang xét có mối liên hệ nào đó

- Có khả năng xây dựng các phỏng đoán hay đề ra giả thiết (còn gọi là các đường bao của lời giải); đồng thời có khả năng kiểm tra thậm chí thay đổi các phỏng đoán của mình bằng con đường “thử và sai”, liên tiếp đưa ra các phỏng đoán tiếp cận hợp lý

- Có khả năng huy động kịp thời các tri thức và tổ chức kiến thức cho thích ứng với bài toán

- Có khả năng nhận biết các yếu tố, các dấu hiệu quen thuộc, từ đó có thể gợi cho người học hồi tưởng được những điều có ích cho việc giải bài toán, huy động được những kiến thức có quan hệ với vấn đề đang xét

- Có khả năng bổ sung thêm các yếu tố phụ nhằm làm cho bài toán thêm phong phú, hiện tượng trở nên rõ rệt hơn

- Có khả năng cách ly, phân chỉnh thể một sự kiện thành các hợp phàn , rồi liên kết các hợp phần thành một chỉnh thể khác trước, từ đó quan niệm của người học về sự kiện sẽ được chuyển biến sang tình huống có triển vọng hơn

- Có khả năng đưa ra các quyết định trung gian thuộc loại quan trọng nhất là

mở rộng khu vực tìm tòi, phá bỏ những giới hạn trói buộc

- Có khả năng tập trung chú ý vào mục đích

- Có năng lực thực nghiệm; có khả năng xác định nhanh mối liên hệ giữa lý thuyết và thực hành

- Có khả năng thiết kế và cải tiến các dụng cụ thí nghiệm để sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau.Thích chế tạo, lắp ráp các dụng cụ và khéo léo chân tay

Ngoài ra, một trong những tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá học sinh giỏi vật lí là trực giác vật lí (một khả năng do rèn luyện mà có) thông qua những kĩ năng

thực nghiệm và phương pháp thực nghiệm (Bởi vì nếu dựa vào việc học qua sách

vở thì chổ chỉ khi đã đạt được trình độ uyên bác nhất định mới có được trực giác vật lý tốt HS phổ thông chưa có những điều kiện như vậy nên tốt nhất là phải rèn luyện thông qua thực nghiệm, vì trong thực nghiệm bản chất của hiện tượng được bộc lộ với đủ khía cạnh của nó)

1.1.1.3 Học sinh THPT Chuyên

Học sinh được tuyển chọn vào các trường THPT chuyên hầu hết là các

em có tư chất thông minh, ham học hỏi, tích cực và chủ động trong quá trình học tập, nghiên cứu Chương trình và phương pháp dạy học cho học sinh ở trường THPT chuyên được xây dựng và lựa chọn phải căn cứ vào đặc điểm đó

và mục tiêu của trường THPT chuyên: “Mục tiêu của trường chuyên là phát hiện những học sinh có tư chất thông minh, đạt kết quả xuất sắc trong học tập và phát triển năng khiếu của các em về một số môn học trên cơ sở đảm bảo giáo dục phổ thông toàn diện; giáo dục các em thành người có lòng yêu nước, tinh thần vượt khó,

tự hào, tự tôn dân tộc; có khả năng tự học, nghiên cứu khoa học và sáng tạo; có sức khỏe tốt để tiếp tục đào tạo thành nhân tài đáp ứng yêu cầu phát triển đất nước”

1.1.2 Những năng lực, phẩm chất cần có của học sinh giỏi, học sinh giỏi Vật lí 1.1.2.1 Năng lực và phẩm chất cần có của học sinh giỏi nói chung

- Năng lực tiếp thu kiến thức

+ Khả năng nhận thức vấn đề nhanh, rõ ràng

+ Luôn hứng thú trong các tiết học, đặc biệt là bài mới

+ Có ý thức tự bổ sung, hoàn thiện những tri thức đã thu được

- Năng lực suy luận

+ Biết phân tích sự vật, hiện tượng qua các dấu hiệu đặc trưng của chúng + Biết thay đổi góc nhìn khi xem xét một sự vật hiện tượng

+ Biết cách tìm con đường ngắn nhất để đi đến một kết luận chính xác

+ Biết xét đủ các điều kiện cần thiết để kết luận được giả thuyết đúng

+ Biết quay lại điểm vừa xuất phát để tìm đường đi mới

- Năng lực đặc biệt

+ Biết diễn đạt chính xác điều mình muốn trình bày

+ Sử dụng thành thạo hệ thống kí hiệu, các quy ước để diễn tả vấn đề

+ Biết phân biệt thành thạo các kỹ năng đọc, viết và nói

+ Biết thu gọn các vấn đề và trật tự hóa các vấn đề để dùng khái niệm trước,

mô tả cho khái niệm sau

- Năng lực lao động sáng tạo:Biết tổ hợp các yếu tố, các thao tác để thiết kế một dãy các hoạt động nhằm đạt kết quả mong muốn

- Năng lực kiểm chứng:

+ Biết suy xét đúng sai từ một loạt sự kiện

+ Biết tạo ra các tương tự hay tương phản để khẳng định hoặc bác bỏ một đặc trưng nào đó trong sản phẩm do mình làm ra

+ Biết chỉ ra một cách chắc chắn các dữ liệu cần phải kiểm nghiệm khi thực hiện một số lần kiểm nghiệm

- Năng lực thực nghiệm:

+ Có kỹ năng thực hiện các thao tác trong khi làm thí nghiệm

+ Biết kiên trì, kiên nhẫn trong quá trình làm sáng tỏ một số vấn đề lý thuyết thông qua thực nghiệm hoặc đi đến một vấn đề lý thuyết mới

1.1.2.2 Những năng lực, phẩm chất cần có của học sinh giỏi Vật lí

Dựa trên nguyên tắc chung về phẩm chất của một học sinh giỏi và đặc điểm của môn Vật lí có thể khái quát các năng lực và phẩm chất của một học sinh giỏi Vật lí THPT như sau:

- Có năng lực tư duy, sáng tạo, biết phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa

- Có kiến thức Vật lí vững vàng, sâu sắc, hệ thống, chính là nắm vững bản chất của các hiện tượng Vật lí Biết vận dụng linh hoạt, sáng tạo kiến thức cơ bản trong các tình huống mới

- Có kỹ năng thí nghiệm tốt, có năng lực về phương pháp nghiên cứu khoa học Vật lí Biết nêu ra những lý luận cho những hiện tượng xảy ra trong thực tế, biết cách dùng thí nghiệm để kiểm chứng lại lý luận và biết cách dùng lý thuyết để giải thích những hiện tượng đã được kiểm chứng

Như vậy đối với giáo viên, khi đào tạo những học sinh giỏi Vật lí, cần hướng học sinh học tập để học sinh được trang bị những kiến thức, kỹ năng, giúp các em

tự học hỏi, sáng tạo nhằm phát huy tối đa năng lực của mình

1.1.3 Một số biện pháp bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí

1.1.3.1 Tổ chức giảng dạy

Đào tạo các học sinh giỏi là cả một quá trình đào tạo nghiêm túc khoa học và công phu Trong quá trình này đòi hỏi chúng ta phải xây dựng được lộ trình đào tạo hàng năm cho nhóm, lớp học sinh giỏi Các nhóm học sinh này không chỉ được học theo chương trình phổ thông hiện hành mà còn phải bổ sung thêm kiến thức theo chương trình thi học sinh giỏi theo chương trình của khu vực và quốc tế, vì vậy cần nghiên cứu để học sinh có thể đáp ứng theo chuẩn đào tạo trong nước mà còn

hướng tới chuẩn khu vực và quốc tế Từ việc xây dựng chương trình chi tiết riêng cho các nhóm học sinh giỏi Các giai đoạn bồi dưỡng học sinh giỏi ở THPT như sau:

Giai đoạn 1 : Củng cố kiến thức ở THCS Các em học sinh được tổng kết các

kiến thức ở THCS, học một số kiến thức ở lớp 10, làm quen với một số chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi

Giai đoạn 2 : Chuyên đề nâng cao Các em trong nhóm học sinh giỏi ngoài

học các kiến thức cơ bản trên lớp còn học thêm các kiến thức cần thiết cho học sinh giỏi (những kiến thức không có trong chương trình phổ thông) Ở trên lớp các em hoàn thành chương trình của lớp 10 – 11 cơ bản đủ để học các chuyên đề bồi dưỡng

và giải các bài tập khó Các học sinh lớp 10 trong nhóm luyện học sinh giỏi hoàn thành các nội dung kiến thức nâng cao cho đội tuyển

Giai đoạn 3 : Thành đội tuyển thi học sinh giỏi quốc gia

Các học sinh đội tuyển 11 sẽ tham dự 3 kỳ thi học sinh giỏi cùng với học sinh lớp

12 để chọn đội tuyển Các trường chọn các học sinh có điểm cao nhất lập thành đội tuyển thi quốc gia Đối với các học sinh giỏi các mục tiêu nhận thức từ bậc 2 (áp dụng, phân tích, tổng hợp) đến bậc 3 (đánh giá) được rèn luyện ở thứ bậc cao nhất

1.1.3.2 Hướng dẫn tự học

“Đối với các tài liệu khoa học lại cần phải biết cách đọc Đối với học sinh giỏi càng cần nghiên cứu sâu vào chuyên ngành Cần tập luyện cho học sinh tự học

mở rộng được kiến thức và bồi dưỡng được trí tuệ”

Rèn luyện cho học sinh cách đọc có hệ thống:

Học có hệ thống còn là học theo lịch sử phát triển của vấn đề Bất cứ vấn đề nào cũng có nguồn gốc phát sinh, quá trình phát triển trong đó nó liên quan đến nhiều vấn đề khác và bản thân nó cũng qua một quá trình đấu tranh phức tạp của mâu thuẫn nội tại, để đi đến hình thái ta thấy ngày nay

Học có hệ thống còn là xem xét mỗi sự vật, mỗi hiện tượng trong mối tương quan với xung quanh nó, xem xét các khía cạnh của sự vật cũng như các mặt của hiện tượng

Học có hệ thống còn là khi học một ngành khoa học phải biết cả các ngành

có liên quan Không thể học nguyên Vật lí mà thiếu khái niệm cơ bản về toán học Không thể giỏi về Vật lí, nếu không có kiến thức về toán học, hóa học, sinh học

Học có hệ thống là học phải đi đôi với hành, lý thuyết phải gắn liền với thực tập Trong mọi quá trình đào tạo, phải đảm bảo cho sự cân đối nêu trên

Rèn luyện cho học sinh cách lập kế hoạch và học có kế hoạch:

Học có kế hoạch trước hết là chia giáo trình thành phần, quy định thời gian dành cho mỗi phần và tìm mọi cách để hoàn thành từng phần theo thời gian đã định

Sau phần đầu phải rút kinh nghiệm để điều chỉnh thời gian dành cho các phần sau thích hợp hơn

Học có kế hoạch còn là nhằm từng vấn đề trong thời kỳ nhất định rồi đặt kế hoạch đọc sách vở, tài liệu liên quan tới vấn đề đó Khi chọn vấn đề cũng phải theo đúng quy trình logic của nhận thức, nhằm những vấn đề dễ trước và vấn đề khó sau Khi đọc tài liệu cũng phải đọc từ nông tới sâu, từ khái quát tới chi tiết

Biết cách học còn là biết lưu ý tới thứ tự ưu tiên của kiến thức: Điểm trung tâm của vòng kiến thức phải là phương pháp luận (phương pháp tư duy, phương pháp làm việc, phương pháp nghiên cứu…) lúc này hơn bao giờ hết, phương pháp

có vai trò quyết định trong kết quả học tập của từng người.”

1.1.3.3 Rèn luyện năng lực tư duy và khả năng suy luận logic cho học sinh

- Tư duy là một quá trình nhận thức khái quát và gián tiếp những sự vật và hiện tượng của hiện thực trong những dấu hiệu, những thuộc tính bản chất của chúng, những mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa chúng, đồng thời cũng là sự vận dụng sáng tạo những kết luận khái quát đã thu được vào những dấu hiệu cụ thể, dự đoán được những thuộc tính, hiện tượng, quan hệ mới.“ Năng lực tư duy là tổng hợp những khả năng ghi nhớ, tái hiện, phân tích, tổng hợp, trừu tượng hóa, khái quát hóa, tưởng tượng, suy luận, sáng tạo- giải quyết vấn đề, xử lý và linh cảm trong quá phản ánh, phát triển tri thức và vận dụng chúng vào thực tiễn”[9, tr 70] Như Anhxtanh khẳng định“ cái đích cuối cùng của dạy học là phát triển tư duy cho học sinh” và bồi dưỡng học HSG cũng vậy, đặc biệt cần thiết phải rèn luyện nâng cao năng lực tư duy bậc cao cho học sinh

- Căn cứ vào mục tiêu giáo dục cho HSG đòi hỏi giáo viên tổ chức các hoạt động dạy và học để phát triển các năng lực tư duy bậc cao ở học sinh như tư duy lí luận, logic và sáng tạo Trong quá trình bồi dưỡng HSG, ở từng giai đoạn GV có nhiệm vụ làm xuất hiện những tình huống bắt buộc HS phải thực hiện các thao tác

tư duy và hành động nhận thức mới có thể giải quyết được vấn đề và hoàn thành được nhiệm vụ học tập:

+ Giáo viên đưa ra những bài tập, câu hỏi để định hướng cho học sinh tìm những thao tác tư duy hay phương pháp suy luận, hành động trí tuệ thích hợp + Giáo viên phân tích câu trả lời hoặc bài tập của học sinh, chỉ ra chỗ sai của

họ trong khi thực hiện các thao tác tư duy và hướng dẫn cách sửa chữa

+ Giáo viên giúp học sinh khái quát hoá kinh nghiệm thực hiện các suy luận logic dưới dạng những qui tắc đơn giản

1.1.3.4 Tổ chức kì thi tháng cho lớp chuyên

Mỗi tháng nhà trường tổ chức một kì thi Năng khiếu (Thi tháng) cho từng lớp Chuyên, đó cũng là cơ sở để xét duyệt cấp học bổng cho HS Tổng kết các kết

quả, lời giải của học sinh nhà trường có một tài liệu bổ ích lưu lại cho các em khóa sau Để đạt được kết quả cao trong các kỳ thi đó các em phải nỗ lực rèn luyện các

kỹ năng làm bài, phải tự học, qua đó sẽ đạt được các mục tiêu học tập ở mức độ cao [8, tr 171]

1.2 Cơ sở lý luận về dạy giải bài tập Vật lí

1.2.1 Khái niệm về bài tập Vật lí

Trong thực tế dạy học, người ta hay gọi một vấn đề, hay một câu hỏi cần được giải đáp nhờ lập luận lôgic, suy luận toán học hay thực nghiệm vật lí trên cơ

sở sử dụng các định luật và các phương pháp của Vật lí học là bài tập vật lí

Bài toán vật lí, hay đơn giản gọi là các bài tập vật lí, là một phần không thể thiếu của quá trình dạy học vật lí vì nó cho phép hình thành và làm phong phú các khái niệm vật lí, phát triển tư duy vật lí và thói quen vận dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn

1.2.2 Vai trò, tác dụng của bài tập Vật lí

Mục tiêu của dạy học vật lí ở trường phổ thông là phải đảm bảo trang bị đầy

đủ cho học sinh những kiến thức phổ thông cơ bản, hiện đại, làm cho học sinh có thể vận dụng những kiến thức đó để giải quyết nhiệm vụ học tập Bài tập vật lí là một trong những phương pháp được vận dụng có hiệu quả trong dạy học vật lí Nó

có tầm quan trọng đặc biệt, góp phần hoàn thành nhiệm vụ dạy học vật lí ở phổ thông

Có thể nói, việc giải các bài tập vật lí được xem như mục đích, là phương pháp dạy học Tùy thuộc vào những tình huống cụ thể, bài tập vật lí được sử dụng theo các mục đích khác nhau

- Bài tập vật lí có thể được sử dụng như là phương tiện nghiện cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội được kiến thức một cách sâu sắc và vững chắc

- Bài tập vật lí là một phương tiện để học sinh rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức, liên hệ lí thuyết với thực tế, học tập với đời sống

- Bài tập vật lí là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh

- Bài tập vật lí là một phương tiện ôn tập, củng cố kiến thức đã học một cách sinh động và có hiệu quả

- Thông qua việc giải bài tập có thể rèn luyện cho học sinh những đức tính tốt như tinh thần tự lập, tính cẩn thận, tính kiên trì, tinh thần vượt khó

- Bài tập vật lí là một phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh một cách chính xác

1.2.3 Phân loại bài tập vật lí

Số lượng các bài tập Vật lí sử dụng trong thực tiễn dạy học hiện nay rất lớn, vì vậy cần có sự phân loại sao cho có tính tương đối thống nhất về mặt lí luận cũng như thực tiễn cho phép người dạy lựa chọn và sử dụng hợp lí các bài tập Vật lí trong dạy học “Bài tập Vật lý có thể khác nhau về nội dung, về phương thức giải, về mục tiêu dạy học Do đó việc phân loại bài tập Vật lý được dựa trên các cơ sở phân loại như sau: Phân loại theo nội dung, phân loại theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải, phân loại theo yêu cầu luyện tập kỹ năng, phát triển tư duy sáng

tạo của học sinh” [22, tr.12]

Tuy nhiên, cần nói thêm rằng, các phương án phân loại như trên không hoàn toàn tách biệt, một bài tập cụ thể có thể đồng thời thuộc một vài nhóm khác nhau

1.2.3.1 Phân loại bài tập theo nội dung

Nên chia các bài tập theo các đề tài của tài liệu vật lí Theo đó, người ta phân thành các bài tập về Cơ học, Vật lí phân tử, Điện học sự phân chia này mang tính quy ước, bởi vì kiến thức sử dụng trong giả thiết một bài tập thường không phải chỉ lấy trong một chương mà có thể lấy từ những chương, những phần vật lí khác nhau trong chương trình vật lí đã học

Theo nội dung, bài tập vật lí cũng có thể phân chia thành các bài tập có nội dung trừu tượng và bài tập có nội dung cụ thể Ở các bài tập có nội dung trừu tượng, các dữ kiện đều cho dưới dạng các kí hiệu, lời giải cũng sẽ biểu diễn dưới dạng một công thức chứa đựng ẩn số và dữ kiện đã cho Ngược lại, với các bài tập có nội dung cụ thể, các dữ kiện đều cho dưới dạng mang đặc trưng trực quan gắn liền với thực tiễn, với kinh nghiệm sống của học sinh

Các bài tập mà nội dung chứa đựng những tài liệu về kĩ thuật, sản xuất công nông nghiệp về giao thông … là những bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp Bài tập có nội dung lịch sử: đó là những bài tập chứa đựng những kiến thức có đặc điểm lịch sử : những dữ liệu về các thí nghiệm vật lí , về những phát minh sáng chế hoặc về những câu chuyện có tính chất lịch sử

Ngoài ra, để phát triển và duy trì hứng thú học vật lí, người ta thường sử dụng các bài tập vật lí vui làm cho bài học sinh động Trong các bài tập như vậy các điều kiện của bài tập thường chứa đựng các yếu tố nghịch lí hoặc gây trí tò

mò ở học sinh

1.2.3.2 Phân loại bài tập theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải

Theo đó, người ta sẽ phân ra thành các dạng: bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập thí nghiệm, bài tập đồ thị, bài tập trắc nghiệm khách quan

- Bài tập định tính: Có hai loại bài tập định tính là: Giải thích hiện tượng và

dự đoán hiện tượng

+ Giải thích hiện tượng thực chất là cho biết một hiện tượng và lí giải xem vì sao hiện tượng lại xảy ra như thế Trong các bài tập này, bắt buộc phải thiết lập được mối quan hệ giữa hiện tượng cụ thể với một số đặc tính của sự vật hay với một số định luật vật lí Thực hiện phép suy luận logic luận ba đoạn trong đó tiền đề thứ nhất là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật vật lí tổng quát, tiền đề thứ hai là những điều kiện cụ thể, kết luận về hiện tượng được nêu ra

- Bài tập định lượng (bài tập tính toán): Đó là các bài tập khi giải phải sử dụng các phương pháp Toán học (dựa trên các định luật và quy tắc, thuyết Vật lí) Đây là dạng bài tập sử dụng rộng rãi, thường được soạn thảo cho chương trình Vật

lí phổ thông Dạng bài tập này có ưu điểm lớn là làm sâu sắc các kiến thức của học sinh, rèn luyện cho học sinh vận dụng phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lí đặc biệt phương pháp suy luận Toán học Tuỳ theo phương pháp toán học được vận dụng, bài tập được quy về các bài tập số học, đại số và hình học

- Phương pháp số học: Phương pháp giải chủ yếu là phương pháp số học, tác

động lên các con số hoặc các biểu diễn chữ, không cần thành lập phương trình để tìm ra ẩn số

- Phương pháp đại số: Dựa trên các công thức Vật lí, lập các phương trình từ

đó giải chúng để tìm ra ẩn số

- Phương pháp hình học: Khi giải dựa vào hình dạng của đối lượng, các dữ

liệu cho theo hình vẽ để vận dụng quy tắc hình học hoặc lượng giác

Trong các phương pháp trên, phương pháp đại số là phương pháp phổ biến nhất, quan trọng hơn cả vì vậy cần thường xuyên quan tâm rèn luyện cho học sinh

Khi giải các bài tập tính toán người ta còn sử dụng thủ pháp logic khác nhau, có thể coi là phương pháp giải: đó là phương pháp phân tích, phương pháp tổng hợp

- Phương pháp phân tích:

+ Tìm một định luật, một qui tắc diễn đạt bằng một công thức có chứa đại

lượng cần tìm và một vài đại lượng khác chưa biết

+ Tiếp tục tìm những định luật, công thức khác cho biết mối quan hệ giữa đại lượng chưa biết này với các đại lượng đã biết trong đề bài Cuối cùng tìm được một công thức chỉ chứa đại lượng cần tìm với đại lượng đã biết [8, tr.105]

- Phương pháp tổng hợp

+ Từ những đại lượng đã cho ở đề bài Dựa vào các định luật,qui tắc vật lí, tìm những công thức có chứa đại lượng đã cho với các đại lượng trung gian mà ta

dự kiến có liên quan đến đại lượng cần tìm

+ Suy luận toán học, đưa đến công thức chỉ chứa đại lượng phải tìm với các đại lượng đã cho [8, tr.105]

Hai phương pháp trên đều có giá trị như nhau, chúng bổ sung cho nhau Phương pháp phân tích nếu tìm được công thức đúng thì nhanh chóng hướng tới kết quả bài toán Tuy nhiên, học sinh không tập trung chú ý nhiều vào các giai đoạn trung gian, điều đó nói chung là không có lợi, đặc biệt đối với học sinh yếu, họ sẽ nắm bản chất Vật lí kém sâu sắc hơn Phương pháp tổng hợp cho phép đi sâu vào các giai đoạn trung gian, học sinh chú ý hơn tới bản chất Vật lí và mối liên hệ giữa các đại lượng và hiện tượng Phương pháp tổng hợp giống như phương pháp " thử "

và “ sai ” nên gần với tư duy trực quan, cụ thể của học sinh Trong khi phương pháp phân tích đòi hỏi cao hơn về mức độ tư duy logic và chuẩn bị Toán học Vì vậy căn

cứ vào đối tượng học sinh, mục đích dạy học, giáo viên nên sử dụng hợp lí các phương pháp này Trong những bài tập tính toán tổng hợp, khi xây dựng lập luận có thể phối hợp hai phương pháp

- Bài tập thí nghiệm: là loại bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải bằng lí thuyết hoặc tìm những số liệu cần thiết cho bài tập Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng về mặt giáo dục và giáo dục kĩ thuật tổng hợp, đặc biệt làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lí luận và thực tiễn: trong các bài tập thí nghiệm thì thí nghiệm chỉ cho các số liệu để giải bài tập, chứ không cho biết tại sao hiện tượng lại xảy ra như thế, cho nên phần vận dụng các định luật vật lí để lí giải các hiện tượng mới là nội dung chính của bài tập thí nghiệm

- Bài tập đồ thị: là bài tập trong đó các số liệu được dùng làm dữ kiện để giải phải tìm trong đồ thị đã cho trước hoặc từ các thông tin đã cho, vẽ đồ thị mô tả mối tương quan giữa hai đại lượng vật lí nào đó

- Bài tập trắc nghiệm khách quan: bài tập dạng trắc nghiệm khách quan thường dùng để học sinh luyện tập, tự kiểm tra kiến thức của bản thân Đồng thời,

nó là phương tiện kiểm tra kiến thức của người học trong phạm vi rộng, số lượng người được kiểm tra nhiều, kết quả thu được khách quan không phụ thuộc người chấm Bài tập dạng này yêu cầu học sinh phải nhớ, hiểu và vận dụng đồng thời rất nhiều các kiến thức liên quan

1.2.3.3 Phân loại bài tập theo yêu cầu luyện tập kĩ năng, phát triển tư duy trong quá trình dạy học

- Bài tập luyện tập: là loại bài tập dùng để rèn luyện cho học sinh áp dụng được những kiến thức xác định để giải từng bài tập theo mẫu xác định Ở đó không đòi hỏi học sinh phải tư duy sáng tạo mà chủ yếu để cho học sinh luyện tập, có kỹ năng giải đối với một loại bài tập đã được chỉ dẫn

- Bài tập sáng tạo: là loại bài tập để phát triển tư duy sáng tạo của học sinh Có thể chia bài tập sáng tạo thành :

+ Bài tập nghiên cứu: khi cần giải thích một hiện tượng chưa biết trên cơ sở

mô hình trừu tượng thích hợp từ lí thuyết vật lí

+ Bài tập thiết kế: bài tập loại này là bài tập xây dựng mô hình thực nghiệm

để kiểm tra kết quả rút ra từ lí thuyết

Ngoài ra, bài tập sáng tạo còn được hiểu là bài tập có nhiều cách giải

1.2.4 Quá trình giải bài tập Vật lí

Quá trình giải bài tập Vật lí là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, xem xét hiện tượng Vật lí được đề cập và dựa trên kiến thức Vật lí để đưa tới mối liên hệ

có thể có của những cái đã cho và cái phải tìm, sao cho có thể thấy được cái phải tìm có mối liên hệ trực tiếp hay gián tiếp với cái đã cho

Từ đó, đi tới chỉ rõ mối liên hệ tường minh trực tiếp của cái phải tìm với những cái đã biết, tức là tìm ra được lời giải cho bài toán Các công thức, phương trình mà ta xác lập được dựa trên kiến thức Vật lí của các điều kiện cụ thể của bài tập là sự biểu diễn mối quan hệ định lượng giữa các đại lượng Vật lí Dựa trên tập hợp các mối quan hệ này (tập hợp các phương trình) ta mới có thể luận giải tính toán để có lời giải cuối cùng Đối với những bài tập tính toán thì những công việc vừa nói chính là việc thiết lập các phương trình và giải hệ các phương trình để tìm

ra các ẩn số của bài toán

1.2.5 Tư duy trong giải bài tập Vật lí

Tư duy trong giải bài tập Vật lí cho thấy hai phần cơ bản, quan trọng như sau:

- Xác lập các mối liên hệ cụ thể dựa trên sự vận dụng kiến thức Vật lí vào điều kiện cụ thể của bài tập đã cho

- Sự tiếp tục luận giải, tính toán đi từ mối liên hệ đã xác lập được đặt trong bài tập đã cho

Tóm lại, để tìm được lời giải của một bài tập Vật lí là phải trả lời được câu hỏi:

- Để giải bài tập này, cần xác lập những mối liên hệ cơ bản nào?

- Sự xác lập những mối liên hệ cơ bản cụ thể này dựa trên sự vận dụng những kiến thức gì? Vào điều kiện cụ thể gì của bài tập

Trả lời được những câu hỏi đó còn giúp giáo viên có sự định hướng trong phương pháp dạy học về bài tập một cách đúng đắn, hiệu quả

1.2.6 Phương pháp giải bài tập Vật lí

Đối với học sinh phổ thông, vấn đề giải và sửa bài tập gặp không ít khó khăn vì học sinh thường không có kiến thức lý thuyết chắc chắn và kĩ năng vận dụng kiến thức Vật lí còn hạn chế Vì vậy các em giải một cách mò mẫm, không có định hướng rõ ràng, áp dụng công thức máy móc và nhiều khi không giải được Có nhiều nguyên nhân:

- Học sinh chưa có phương pháp khoa học để giải bài tập Vật lí

- Chưa xác định được mục đích của việc giải bài tập là xem xét, phân tích các hiện tượng Vật lí để đi đến bản chất 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 giúp học sinh có kiến thức lý thuyết chắc chắn mà còn rèn luyện kĩ năng suy luận logic, làm việc một cách khoa học, có kế hoạch

Quá trình giải một bài tập Vật lí thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, xem xét hiện tượng Vật lí, xác lập được những mối liên hệ cụ thể dựa trên

sự vận dụng kiến thức Vật lí vào điều kiện cụ thể của bài tập đã cho Từ đó tính toán những mối liên hệ đã xác lập được để dẫn đến lời giải và kết luận chính xác

Bài tập Vật lí rất đa dạng, cho nên phương pháp giải cũng rất phong phú Vì vậy không thể chỉ ra được một phương pháp nào cụ thể mà có thể áp dụng để giải được tất cả các loại bài tập Song trong thực tế người ta cũng thừa nhận một quan điểm chung về quá trình giải một bài tập Vật lí có thể trải qua các bước chính sau:

Bước 1 Tìm hiểu đề bài

- Đọc đúng đề bài

- Mô tả hiện tượng vật lí nêu trong đề bài tập, vẽ hình minh họa Nếu đề bài yêu cầu, thì phải làm thí nghiệm hoặc vẽ đồ thị để thu được dữ kiện (trong trường hợp bài tập thí nghiệm hoặc bài tập đồ thị)

- Xác định xem trong lớp hiện tượng vật lí đã nêu trong đề bài có những đại lượng vật lí nào đã cho, đại lượng nào cần tìm

Bước 2 Xây dựng lập luận

- Đối chiếu các dữ kiện xuất phát và cái phải tìm, xem xét bản chất vật lí của tình huống đã cho để nhận ra các định luật, công thức lí thuyết có liên quan

- Xác lập các mối liên hệ cụ thể của các dữ kiện xuất phát và của cái phải tìm

- Lựa chọn các mối liên hệ cơ bản, cho thấy sự liên hệ của cái phải tìm với các dữ kiện xuất phát và từ đó có thể rút ra cái phải tìm

Bước 3 Luận giải rút ra kết quả cần tìm

Từ các mối liên hệ cơ bản đã xác lập, tiếp tục luận giải, tính toán rút ra kết quả

Bước 4 Kiểm tra và biện luận kết quả

Để có thể xác nhận kết quả vừa tìm được cần kiểm tra lại việc giải theo một hoặc một số cách sau:

- Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi chưa, đã xét hết các trường hợp chưa

- Kiểm tra tính toán có đúng không?

- Kiểm tra thứ nguyên của các đại lượng có phù hợp không?

- Xem xét kết quả về ý nghĩa thực tế có phù hợp không?

- Giải bài tập theo cách khác xem có cho cùng kết quả không?

Hoạt động giải bài tập trong thực tế có khi không thấy tách bạch rõ bước thứ

ba với bước thứ hai Có thể, sau khi xác lập được một mối liên hệ vật lí cụ thể nào

đó người ta thực hiện ngay sự luận giải với mối liên hệ đó (biến đổi phương trình đó) rồi tiếp sau đó mới lại xác lập một mối liên hệ vật lí khác Có nghĩa là, các bước

có mối liên hệ xen kẽ trong quá trình giải bài tập

1.2.7 Hướng dẫn hoạt động giải bài tập Vật lí

1.2.7.1.Những công việc cần làm để hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí cụ thể

- Giải bài tập đó theo phương pháp giải bài tập vật lí một cách tỉ mỉ.Tìm các cách giải bài tập đó (nếu có)

- Xác định mục đích sử dụng bài tập này

- Xác định những kiến thức áp dụng để giải bài tập

- Phát hiện được những khó khăn mà học sinh có thể gặp khi giải bài tập

- Soạn câu hỏi hướng dẫn học sinh vượt qua khó khăn

Để việc hướng dẫn giải bài tập cho học sinh có hiệu quả, ngoài việc giáo viên phải giải được bài tập đó còn cần xuất phát từ mục đích sư phạm để xác định kiểu hướng dẫn cho phù hợp Theo đó, tùy theo mục đích sư phạm mà người ta vận dụng các kiểu hướng dẫn khác nhau trong hướng dẫn giải bài tập vật lí

1.2.7.2.Các kiểu hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí

* Hướng dẫn theo mẫu (hướng dẫn Angorit)

Sự hướng dẫn hành động theo mẫu sẵn có thường gọi là hướng dẫn angôrit Hướng dẫn angorit là sự hướng dẫn chỉ rõ cho học sinh những hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt được các kết quả như mong muốn Những hành động sơ cấp phải được học sinh hiểu một cách đơn giá và học sinh đã nắm vững Kiểu hướng dẫn angorit không đòi hỏi học sinh phải tự mình tìm tòi xác định các hành động cần thực hiện để giải quyết vấn đề đặt ra mà chỉ đòi hỏi học sinh chấp hành các hành động đã được giáo viên chỉ ra, căn cứ theo đó học sinh

sẽ đạt được kết quả, sẽ giải được bài tập đã cho

Kiểu hướng dẫn angorit đòi hỏi giáo viên phải phân tích một cách khoa học việc giải bài tập để xác định được một trình tự chính xác chặt chẽ của các hành động cần thực hiện để giải được bài tập và đảm bảo cho các hành động đó là những hành động sơ cấp đối với học sinh Nghĩa là, kiểu hướng dẫn này đòi hỏi phải xác định angorit giải bài tập Kiểu hướng dẫn angorit thường được áp dụng khi cần dạy cho học sinh phương pháp giải một lớp các bài tập điển hình nào đó, nhằm luyện tập cho học sinh các kĩ năng giải một bài tập vật lí xác định Người ta xây dựng các

angorit giải cho từng loại bài tập cơ bản, điển hình và luyện tập cho học sinh kĩ năng giải loại bài tập đó dựa trên việc làm cho học sinh nắm chắc các angorit giải

Ưu điểm: Dạy cho học sinh được phương pháp giải một loại bài tập điển hình Đồng thời, rèn luyện cho học sinh kĩ năng giải một bài tập xác định

Nhược điểm: Học sinh có thói quen chấp hành những hành động đã được chỉ dẫn theo mẫu đã có sẵn, do đó ít có tác dụng rèn luyện cho học sinh khả năng tìm tòi, sáng tạo, hạn chế sự phát triển tư duy sáng tạo của học sinh Để khắc phục nhược điểm này, trong quá trình giải bài tập, giáo viên phải lôi cuốn học sinh tham gia vào quá trình xây dựng angorit cho bài tập

* Hướng dẫn tìm tòi (Hướng dẫn Ơrixtic)

Hướng dẫn tìm tòi là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ tìm tòi phát hiện cách giải quyết Không phải là giáo viên chỉ dẫn cho học sinh chỉ việc chấp hành các hành động theo một mẫu đã có để đi tới kết quả mà là giáo viên gợi mở để học sinh tự tìm cách giải quyết, tự xác định các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả Thông thường, kiểu hướng dẫn tìm tòi được áp dụng khi cần giúp đỡ học sinh vượt qua khó khăn để giải được bài tập, đồng thời vẫn đảm bảo yêu cầu phát triển tư duy học sinh, muốn tạo điều kiện để học sinh tự lực tìm cách giải quyết

Ưu điểm: Tránh được tình trạng giáo viên làm thay học sinh trong việc giải bài tập Kiểu hướng dẫn này đòi hỏi học sinh phải tự lực tìm cách giải quyết chứ không phải là học sinh học sinh chỉ việc chấp hành các hành động theo mẫu đã chỉ ra, nên không phải bao giờ cũng có thể đảm bảo cho học sinh giải được bài tập một cách chắc chắn

Khó khăn: Cách hướng dẫn này không phải bao giờ cũng đảm bảo cho học sinh giải quyết được bài tập một cách chắc chắn Có thể, sự hướng dẫn của giáo viên cho học sinh dễ đưa học sinh đến chỗ chỉ còn việc thừa hành các hành động, theo mẫu, hoặc sự hướng dẫn của giáo viên viển vông, quá chung chung, không giúp ích được cho sự định hướng tư duy của học sinh Nó phải có tác dụng hướng tư duy của học sinh vào phạm vi cần và có thể tìm tòi phát hiện cách giải quyết vấn đề Ngoài ra, phương pháp này không thể áp dụng cho toàn bộ đối tượng học sinh do chất lượng học sinh là khác nhau

* Định hướng khái quát chương trình hóa

Định hướng khái quát chương trình hóa cũng là sự hướng dẫn cho học sinh

tự tìm tòi cách giải quyết, chứ không thông báo ngay cho học sinh cái có sẵn Nét đặc trưng của kiểu hướng dẫn này là, giáo viên định hướng hoạt động tư duy của học sinh theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn đề Sự định hướng ban đầu đòi hỏi sự tự lực tìm tòi giải quyết của học sinh Nếu học sinh không đáp ứng

được thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự phát triển định hướng khái quát hóa ban đầu, cụ thể hóa thêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho học sinh, để thu hẹp hơn phạm vi phải tìm tòi, giải quyết cho vừa sức với học sinh Nếu học sinh vẫn không đủ khả năng tự lực tìm tòi giải quyết thì sự hướng dẫn của giáo viên chuyển dần thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh hoàn thành được yêu cầu của một bước, sau đó tiếp tục yêu cầu học sinh tự lực tìm tòi giải quyết các bước tiếp theo Nếu cần thì giáo viên lại giúp đỡ thêm Cứ như vậy cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra Phương pháp hướng dẫn này được áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn tiến trình hoạt động giải bài tập của học sinh, nhằm giúp cho học sinh tự giải được bài tập đã cho, đồng thời dạy cho học sinh cách suy nghĩ trong quá trình dạy giải bài tập

Ưu điểm: Kết hợp được việc thực hiện các yêu cầu: rèn luyện tư duy của học sinh trong quá trình giải bài tập và đảm bảo cho học sinh giải được bài tập đã cho Sự hướng dẫn như vậy đòi hỏi giáo viên theo sát tiến trình hoạt động giải bài tập của học sinh, không thể chỉ dựa vào những lời hướng dẫn có thể soạn sẵn, mà phải kết hợp được việc định hướng với việc kiểm tra kết quả hoạt động của học sinh

để điều chỉnh sự giúp đỡ, thích ứng với trình độ của học sinh

Nhược điểm: Để làm tốt được sự hướng dẫn này phụ thuộc vào trình độ và khả năng sư phạm của người giáo viên Đôi khi người giáo viên dễ sa vào làm thay cho học sinh trong từng bước định hướng Do vậy, câu hỏi định hướng của giáo viên phải được cân nhắc kĩ và phù hợp với trình độ học sinh

Trong quá trình hướng dẫn học sinh giải bài tập không thể theo một khuôn mẫu nhất định, mà tùy thuộc vào nội dung, kiến thức, yêu cầu của bài toán, và còn tùy thuộc vào đối tượng học sinh mà chúng ta có cách lựa chọn kiểu hướng dẫn cho phù hợp Người giáo viên phải biết phối hợp cả ba kiểu hướng dẫn trên, tận dụng những ưu điểm trong cả ba phương pháp

1.2.8 Lựa chọn và sử dụng bài tập Vật lí

1.2.8.1 Lựa chọn các bài tập Vật lí

Trong thực tế dạy học Vật lí người giáo viên thường xuyên phải thực hiện công việc lựa chọn và tìm cách vận dụng các bài tập Vật lí sao cho phù hợp với mục tiêu dạy học của mỗi loại bài học, của công việc (như kiểm tra, giờ luyện tập, ) Khi đó việc lựa chọn hệ thống các bài tập cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Nội dung các bài tập phải phù hợp với nội dung các kiến thức cơ bản và kỹ năng giải bài tập của học sinh

- Các bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản tới phức tạp giúp cho học

sinh xây dựng được phương pháp giải các loại bài tập điển hình;

- Mỗi bài tập phải là một mắt xích trong hệ thống bài tập, đóng góp vào việc củng cố, hoàn thiện và mở rộng kiến thức cho học sinh;

- Trong hệ thống bài tập cần bao gồm nhiều loại như: Bài tập giả tạo (là loại bài tập mà nội dung của nó không sát với thực tế), các bài tập trừu tượng và các bài tập có nội dung thực tế, bài tập luyện tập và các bài tập sáng tạo, bài tập cho thừa hoặc thiếu dữ kiện, bài tập mang tính chất ngụy biện và nghịch lí, bài tập có nhiều

cách giải khác nhau

- Các bài tập phải đảm bảo tính vừa sức đối với học sinh đại trà, đồng thời có chú ý tới sự phân hoá học sinh Biện pháp để cá biệt hoá học sinh trong việc giải các bài tập Vật lí:

- Biến đổi mức độ yêu cầu của bài tập với các đối tượng học sinh khác nhau như mức độ trừu tượng của đề bài, loại vấn đề cần giải quyết, phạm vi, tính phức tạp của các số liệu cần xử lí, số lượng các thao tác tư duy logic và các phép biến đổi Toán học phải sử dụng, phạm vi và mức độ kiến thức, kĩ năng cần huy động; biến đổi mức độ yêu cầu về số lượng bài tập cần giải, về mức độ tự lực của học sinh trong quá trình giải bài tập

- Chú ý thích đáng về số lượng và nội dung các bài tập nhằm giúp học sinh vượt qua những khó khăn chủ yếu, khắc phục những sai lầm phổ biến

1.2.8.2 Sử dụng hệ thống bài tập vật lí

Trong dạy học, người giáo viên phải cần dự tính kế hoạch về việc sử dụng bài tập Vật lí trong dạy học, với từng đề tài, từng tiết học Trước tiên cần xác định mục đích sử dụng bài tập Các mục đích có thể là

+ Dùng bài tập để củng cố, bổ sung, hoàn thiện những kiến thức lí thuyết đã học

+ Dùng bài tập làm xuất hiện vấn đề trong các tiết nghiên cứu tài liệu mới + Dùng bài tập hình thành kiến thức mới

+ Lựa chọn bài tập điển hình nhằm hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải, từ đó hình thành phương pháp giải chung cho mỗi loại bài tập đó + Dùng bài tập để kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức của học sinh

Sắp xếp các bài tập đã chọn thành một hệ thống, định rõ kế hoạch và mục đích sử dụng trong tiến trình dạy học

1.2.9 Mối quan hệ giữa hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập với học sinh giỏi và học sinh có năng khiếu Vật lí

Hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí giúp HS hiểu rõ và sâu sắc kiến thức Vật lí Hệ thống nâng cao tư duy của HSG và HS năng khiếu Vật lí Hệ thống tạo lập một hệ kiến thức có sự liên hệ chặt chẽ với nhau Để hiểu rõ mối liên

hệ này ta xét ưu và nhược điểm của hệ thống bài tập và hệ thống hướng dẫn giải bài

tập Vật lí

Ưu điểm: Không tốn kém nhiều về kinh tế khi thực hiện Nâng cao tư duy

khoa học cho HS về kiến thức vật lý Rèn luyện kỹ năng giải bài tập khó và nhanh

Hệ thống giúp các em có được một kho kiến thức, kho tài liệu quý cho việc học tập

Nhược điểm: Cần thực hiện trong thời gian dài Chỉ thực hiện được đối với

học sinh giỏi và học sinh năng khiếu HS và GV phải có tầm kiến thức chắc chắn mới có thể tham gia sử dụng hệ thống bài tập và hướng dẫn giải có hiệu quả

1.3 Thực trạng hoạt động dạy HS giỏi Vật lý 11 tại tỉnh Hải Dương

1.3.1 Mục đích và đối tượng điều tra

- Mục đích điều tra: Điều tra hoạt động bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí thông qua hoạt động giải bài tập ở trường THPT chuyên Nguyễn Trãi nhằm đánh giáthực trạng và đề xuất những biện phápbồi dưỡng học sinh giỏi vật lí hữu hiệu

- Đối tượng điều tra: Tổ Vật lí trường THPT Chuyên Nguyễn Trãi đến thời điểm hiện tại có 10 giáo viên: 04 giáo viên dạy lớp chuyên Lí, 05 giáo viên dạy các lớp không chuyên, 01 giáo viên giảng dạy và hướng dẫn thực hành Trong đề tài luận văn tôi xin ý kiến của Tổ trưởng và các giáo viên dạy chuyên trong Tổ Vật lí Thực nghiệm tại lớp 11 Lí (với số học sinh là 32), trong quá trình thực nghiệm tôi chia lớp thành hai nhóm (Nhóm thực nghệm 16 học sinh và nhóm đối chứng gồm

16 học sinh)

1.3.2 Thực trạng chung của việc bồi dưỡng học sinh giỏi tại tỉnh Hải Dương

Trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi của các trường THPT hiện nay thường gặp những hạn chế về kết quả Điều đó xuất phát từ những nguyên nhân chủ yếu như sau: nội dung bồi dưỡng, chương trình dành cho lớp chuyên thiếu định hướng và thiếu tính liên thông trong hệ thống chương trình Tất cả giáo viên dạy bồi dưỡng đều phải tự soạn, tự nghiên cứu và tự sưu tầm tài liệu; học sinh, một số không yên tâm khi được chọn theo một số lớp bồi dưỡng HSG vì phải mất nhiều thời gian, ảnh hưởng đến sức khỏe và kết quả học tập chung Đặc biệt đối với các môn xã hội như văn, sử, địa, HSG không thấy tha thiết khi được chọn bồi dưỡng Giáo viên dạy bồi dưỡng vẫn phải hoàn tất công tác giảng dạy như các giáo viên khác, đôi khi còn kiêm nhiệm nhiều công tác khác như: chủ nhiệm, tổ trưởng bộ môn, thư ký HĐGD, công đoàn… đó là một thực tế do ban giám hiệu lúc nào cũng muốn giao công tác cho những giáo viên tốt, giỏi, có uy tín Chính vì lý do đó, việc đầu tư cho công tác bồi dưỡng HSG cũng có phần bị hạn chế Một số khó khăn khác đôi khi gặp phải là có giáo viên giỏi nhưng không gắn bó với công tác bồi dưỡng HSG vì nhiều lý do khác nhau Việc giáo viên dạy bồi dưỡng phải trên cơ sở tình nguyện chứ không thể áp đặt hoặc dùng biện pháp hành chính; đối tượng học sinh

tất nhiên phải “đạt yêu cầu” mới được chọn để bồi dưỡng Cho nên việc chọn lựa cần đúng đối tượng Đó là công việc phát hiện rồi chọn lọc và phân loại

1.3.2.1 Thuận lợi

Giáo viên khi giảng dạy bải tập Vật lí cho HSG đã giúp các em có tư duy và trình độ học vấn được nâng cao Bài tập Vật lí giúp HSG tăng cường sự sáng tạo trong mỗi bài học Vật lí từ đó củng cố kiến thức và phát huy năng khiếu Vật lí, đồng thời nâng cao kiến thức cho GV

Các thầy cô đã có sử dụng hệ thống các bài tập hay và khó Các thầy cô đã sử dụng các biện pháp bồi dưỡng học sinh giỏi mới và có hiệu quả

Học sinh khi tham gia giải bài tập Vật lí hăng say và có niềm yêu thích môn học, niềm khao khát được khám phá các hiện tượng Vật lí mới Ở đó khả năng tiếp thu kiến thức tự nhiên được khơi dậy làm cho kiến thức trở thành dụng cụ không thể thiếu trong cuộc sống cũng như trong học tập

1.3.2.2 Khó khăn

Giáo viên khi giảng dạy những bài tập cho học sinh giỏi mà sao nhãng đi một phần đó là nhân cách sống của học sinh Mặt khác khi giáo viên tiếp xúc với các em học sinh kém hơn sẽ dẫn đến khó khăn trong sự chuyển đổi phương pháp Các phương pháp áp dụng cho học sinh giỏi lại không thể áp dụng được cho các em học sinh phổ thông

Học sinh chỉ chú trọng vào những vấn đề khó mà sao nhãng đi việc rèn luyện những bài dễ và nhân cách sống Khi bước ra ngoài đời sống hàng ngày các em sẽ

bị hẫng hụt do kiến thức trong trường với những bài tập lại khác hoàn toàn với cuộc sống Vì vậy các trường chuyên nên dạy cho các em học thêm những giờ học ngoại khóa giúp các em hoàn thiện nhân cách

Những tồn tại trong quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi thông qua hoạt động dạy giải bài tập vật lí ở Hải Dương

Dạy bài tập hiện nay các thầy cô mới chú trọng tới độ khó của bài tập mà còn chưa quan tâm nhiều đến biện pháp hướng dẫn cho học sinh biện pháp để giải bài tập Các thầy cô khi dạy bài tập vật lí mới tập trung vào số lượng nhiều mà chưa chú trọng tới các bài tập tổng quát mà từ đó học sinh có thể tự vận động để giải Các thầy cô mới tập trung vào việc giải bài tập của mình mà ít quan tâm tới việc học sinh suy nghĩ, tiếp nhận, giải chúng như thế nào Các lý do trên đã làm cho sự phát triển năng khiếu của học sinh bị hạn chế

Những tồn tại trong quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi thông qua hoạt động dạy giải bài tập ở Hải Dương

Học sinh giải các bài tập mà không chú ý tới biện pháp giải mà chỉ áp dụng các công thức một cách vô cảm Học sinh tập trung giải cho thật nhiều bài tập mà

không phân loại bài tập nên nhớ máy móc nhiều dẫn đến khả năng huy động kiến thức không nhanh và nhiều Khi giải bài tập học sinh vẫn chưa phát triển được bài tập mà mới chỉ dừng lại việc đáp ứng yêu cầu của bài toán đặt ra nên đôi khi yêu cầu khác đi một chút là các em gặp sự lúng túng trong việc điều khiển kiến thức

1.3.2.3 Biện pháp xử lí

Phát huy những ưu điểm và khắc phục nhược điểm

Giáo viên cố gắng song song với việc bồi dưỡng HSG bổ sung cho học sinh nhân cách sống, cần có sự chuyển đổi phương pháp truyền đạt với các đối tượng học sinh khác có nhận thức kém hơn để phát huy năng khiếu của HS Thường xuyên

tổ chức những buổi học ngoại khóa giúp học sinh hoàn thiện nhân cách

Học sinh khi giải bài tập phải chú ý đến phương pháp giải và phải sắp xếp các bài tập thành hệ thống có logic phù hợp với khả năng tiếp nhận kiến thức của riêng mình Học sinh phải biết phát triển những kiến thức từ những kiến thức hiện

có, điều khiển kiến thức trong quá trình học một cách liên tục và khoa học Biết xây dựng kiến thức mới trên nền kiến thức cũ

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Trong chương 1 chúng tôi đã hệ thống lại cơ sở lý luận về học sinh giỏi Vật

lí cùng một số lý luận về biện pháp bồi dưỡng HS giỏi Vật lí Cụ thể

- Nêu lên được khái niệm học sinh giỏi

- Sử dụng một số biện pháp bồi dưỡng HSG Vật lí, các hình thức giáo dục học sinh giỏi Vật lí, mục tiêu đào tạo đối với HSG

- Nắm được vai trò và tác dụng của bài tập trong giảng dạy Vật lí, mục đích của việc sử dụng bài tập trong dạy học

- Phân loại bài tập Vật lí và đưa ra một số phương pháp và các bước giải bài tập vật lí, các cách hướng dẫn giải bài tập Vật lí

- Hiểu các tiêu chí để chọn và sử dụng hệ thống bài tập, điều tra thực trạng của việc dạy học sinh giỏi Vật lí 11 hiện nay từ đó có biện pháp khắc phục và xử lý tình trạng hiện đang xảy ra

- Nắm được vai trò và chức năng của hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Ưu điểm, nhược điểm của việc sử dụng hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí trong dạy học bồi dưỡng học sinh giỏi

Tất cả các vấn đề đã được nêu trong chương được sử dụng để xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí 11 chương “Từ trường” nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi Chuyên Vật lí

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG TỪ TRƯỜNG NHẰM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI Ở

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN 2.1 Đặc điểm cấu trúc nội dung chương “Từ trường” Vật lí 11 Chuyên vật lí

2.1.1 Đặc điểm của chương “Từ trường” Vật lí 11 Chuyên vật lí

Chương “Từ trường” được trình bày sau khi đã học chương “Điện trường” nên các khái niệm về đường sức, một số cách xử lý toán học thuộc phần tổng hợp vectơ và tính tích phân học sinh đã được rèn luyện Các kiến thức trong chương Từ trường được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn và liên quan rất nhiều các hiện tượng xảy ra xung quanh chúng ta

Việc nghiên cứu về Từ trường đòi hỏi và cho phép học sinh làm quen với các phương pháp nhận thức đặc thù của vật lí, đặc biệt là PPTN Giúp học sinh tích lũy trí thức, đảm bảo hiểu sâu sắc các hiện tượng ứng dụng vật lí vào đời sống

Từ thực nghiệm ta thấy NC tương tác với NC, NC tương tác với dòng điện, dòng điện tương tác với dòng điện và các tương tác này có chung bản chất là tương tác từ Đây là một loại tương tác mới, vậy vấn đề cần nghiên cứu là môi trường truyền tương tác (từ trường) và lực tương tác (lực từ)

Suy luận tương tự như việc xây dựng khái niệm điện trường đã đưa ra khái niệm từ trường là môi trường vật chất đặc biệt tồn tại xung quanh NC và dòng điện, hay thực chất là tồn tại xung quanh các điện tích chuyển động Ta không thể nhìn thấy hay cảm nhận từ trường bằng các giác quan nhưng có thể nhận biết từ trường nhờ tính chất cơ bản của từ trường là tác dụng lực từ lên NC hay dòng điện đặt trong nó Đặt NC thử tại các điểm khác nhau trong từ trường ta thấy NC thử định hướng khác nhau Sự định hướng của NC thử cho ta biết hướng của từ trường tại điểm đó Vậy muốn quan sát được hình ảnh của từ trường ta đặt thật nhiều NC thử vào trong từ trường, muốn vậy NC thử càng nhỏ càng tốt, từ đó nảy ra ý tưởng dùng mạt sắt rắc vào từ trường Mỗi mạt sắt trong từ trường có vai trò như một NC thử và hình ảnh mà ta thu được gọi là từ phổ Nếu đặt NC thử nằm cân bằng tại một điểm trên đường cong mạt sắt thì trục của NC thử luôn tiếp tuyến với đường cong tại điểm đó và có chiều hoàn toàn xác định Vẽ lại hình ảnh từ trường mà ta quan sát được từ từ phổ và vẽ chiều của các đường cong với qui ước là chiều từ cực Nam sang cực Bắc của NC thử nằm cân bằng trên đường, ta thu được hình ảnh các đường sức từ Như vậy có hai phương pháp mô tả hình ảnh từ trường là tạo từ phổ và vẽ các đường sức từ Từ phổ cho ta biết dạng của các đường sức từ

Nghiên cứu lực từ, mà cụ thể là lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang

qui tắc bàn tay trái Về độ lớn của lực từ, thực nghiệm cho thấy tại mỗi điểm trong

từ trường thì thương số

sin

.l I

F

mà ta đặt

sin

.l I

F

B  có giá trị không đổi Tại các điểm khác nhau trong từ trường, điểm nào có B lớn thì lực từ tác dụng lên cùng một dòng điện đặt tại điểm đó có độ lớn lớn hơn Vậy B là đại lượng đặc trưng cho từ trường tại một điểm về phương diện tác dụng lực và ta gọi là cảm ứng từ Độ lớn của lực từ được xác định bằng công thức Ampe F = B.I.l.sinα

Mặt khác từ thực nghiệm chứng tỏ từ trường tại các điểm khác nhau có hướng khác nhau, vậy cảm ứng từ phải là đại lượng vectơ, gọi là vectơ cảm ứng từ Phương, chiều của vectơ cảm ứng từ tại một điểm được xác định nhờ phương chiều của NC thử nằm cân bằng tại điểm đó hoặc nhờ đường sức từ đi qua điểm đó Vậy trong chương “Từ trường” - Vật lý 11 THPT, nghiên cứu từ trường là mô tả hình ảnh từ trường bằng các đường sức từ và nghiên cứu đại lượng đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng lực là vectơ cảm ứng từ Từ đây ta đi xem xét các trường hợp cụ thể: Từ trường của NC thẳng, NC chữ U, dòng điện thẳng, dòng điện tròn, dòng điện trong ống dây, từ trường Trái đất và sự từ hoá, từ trễ

Về lực từ, vận dụng qui tắc bàn tay trái và công thức Ampe, ta xác định được phương, chiều, độ lớn của lực từ trong các trường hợp: Lực tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song; Lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện đặt trong từ trường, mômen lực từ; Lực Lorenxơ (là lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong từ trường)

2.1.2 Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Từ trường” Vật lí 11 Chuyên vật lí

Xác định điện tích riêng của elec

tron hoặc ion

Khái niệm từ trường

Đường sức từ

Từ trường đều

Cảm ứng từ

Lực từ

2.2 Chuẩn kiến thức, kĩ năng

2.2.1 Kiến thức

- Nêu được từ trường tồn tại ở đâu và có tính chất gì

- Nêu được các đặc điểm của đường sức từ của thanh nam châm thẳng, của nam châm chữ U, của dòng điện thẳng dài, của ống dây có dòng điện chạy qua

- Phát biểu được định nghĩa và nêu được phương, chiều của cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường Nêu được đơn vị đo cảm ứng từ

- Viết được biểu thức định lý Bi-ô-Xava-Laplaxơ

- Viết được biểu thức định lý Ampe về lưu thông của cảm ứng từ

- Viết được công thức tính cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường gây bởi dòng điện chạy trong dây dẫn có hình dạng đặc biệt, và trong lòng ống dây

- Viết được biểu thức của nguyên lý chồng chất từ trường

- Viết được biểu thức định luật Ampe về lực tương tác giữa hai phần tử dòng điện

- Viết được công thức tính lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường

- Nêu được lực Lo-ren-xơ là gì và viết được công thức tính lực này

- Giải được các bài tập xác định cảm ứng từ tại một điểm

- Xác định được cường độ, phương, chiều của lực Lo-ren-xơ tác dụng lên một điện tích q chuyển động với vận tốc v

r trong mặt phẳng vuông góc với các đường sức của từ trường

- Giải được các bài tập về chuyển động của điện tích trong từ trường

2.3 Nội dung kiến thức khoa học của chương

2.3.1 Khái niệm từ trường

- Từ trường tồn tại xung quanh nam châm, dòng điện

- Từ trường là một môi trường vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện

cụ thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên nam châm hay một dòng điện đặt trong nó

Vậy từ trường là một môi trường vật chất tồn tại xung quanh điện tích chuyển động

2.3.2 Đường sức từ

- Đường sức từ là những đường vẽ trong không gian có từ trường sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có hướng trùng với hướng của của từ trường tại điểm đó

- Tính chất:

+ Qua mỗi điểm trong không gian chỉ vẽ được một đường sức từ

+ Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở 2 đầu + Chiều của đường sức từ tuân theo những quy tắc xác định ( quy tắc nắm tay phải , quy tắc đinh ốc…)

Quy ước: Vẽ các đường cảm ứng từ sao cho chỗ nào từ trường mạnh thì các đường sức dày và chỗ nào từ trường yếu thì các đường sức từ thưa

2.3.3 Cảm ứng từ

Để đặc trưng cho từ trường một cách định lượng, người ta dùng một đại

lượng là cảm ứng từ Để xác định độ lớn của cảm ứng từ, người ta dựa vào tính

chất cơ bản của từ trường là sự tác dụng của từ trường lên dòng điện

Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường kí hiệu là B, đơn vị là Tesla (kí hiệu là T)

Tại mỗi điểm trong không gian có từ trường xác định một vectơ cảm ứng từ B

ra được công thức xác định vectơ cảm ứng từ dB

gây bởi phần tử dòng điện Idltrong chân không, có cường độ dòng điện I, tại một điểm (điểm M)

0 3

I dl.rdB

với

7 0

dl là chiều dài của phần dây dẫn có

dòng điện cường độ I chạy qua

dB

(Ba vectơ Idl, r , dB  

theo thứ tự hợp thành một tam diện thuận)

- có độ lớn 0

2

I.dl.sin(dl, r)dB

2.3.3.2 Định lý Ampe về lưu thông của cảm ứng từ

Lưu thông của vectơ cảm ứng từ theo đường cong kín  bất kì bằng tổng đại số cường độ dòng điện xuyên qua diện tích giới hạn bởi đường cong đó nhân với 0 (trong môi trường chân không)

BdB (tích phân trên toàn bộ dây dẫn có dòng điện đang xét)

Nếu tại một điểm (điểm M) đặt trong từ trường của nhiều dòng điện thì vectơ cảm ứng từ tổng hợp tại điểm đó bằng tổng vectơ các cảm ứng từ do từng dòng diện gây ra

n k

2.3.3.4 Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài vô hạn

Xét một dây dẫn

thẳng dài vô hạn có dòng

điện cường độ I chạy qua

đặt trong chân không,

- có phương tiếp tuyến

với đường sức từ tại M

- có chiều: được xác định

theo quy tắc nắm bàn tay phải họăc quy tắc đinh ốc 1:

Quy tắc nắm bàn tay phải: Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện , khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều của cảm ứng từ

theo quy tắc đinh ốc 2,

hoặc xác định theo qui tắc nắm bàn tay phải



I

B M

O r

Trong đó : B (T) ; I (A) ; r (m) ; N là số vòng dây

2.3.3.6 Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây dẫn hình trụ

Véc tơ cảm ứng từ B

do dòng điện chạy trong ống dây dài ở trong lòng ống dây

(vùng có từ trường đều):

- Có điểm đặt tại điểm ta xét

- Có phương song song với trục của ống dây;

- Có chiều xác định theo qui tắc nắm tay phải hoặc vào Nam ra Bắc;

- Có độ lớn (môi trường chân không):

B = 4.10-7NI

l = 4.10

-7

nI

Trong đó : B (T) ; I (A) ; N là số vòng dây, l (m): là chiều dài ống dây

n là số vòng dây trên một đơn vị chiều dài ống dây

lên một phần tử dòng điện Idl

(trong một đoạn dây dẫn hoặc trong một mạch điện có dòng điện cường độ I) được

xác định theo công thức

dFI dl, B 

  

(Công thức Ampe về lực tác dụng của từ trường lên dòng điện)

- Phương, chiều của dF

được xác định theo quy tắc bàn tay trái (hoặc quy tắc vặn đinh ốc): Đặt bàn tay trái sao cho các đường cảm ứng từ (các đường sức từ) xuyên qua lòng bàn tay, chiều dòng điện đi từ cổ tay đến các ngón tay, thì chiều của ngón tay cái mở ra (trong mặt phẳng bàn tay trái) là chiều của lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện Idl

2.3.5.2 Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dòng điện

Trường hợp một đoạn dây dẫn chiều dài l có dòng điện cường độ I chạy qua,

toàn bộ dây dẫn được đặt trong một từ trường đều có vectơ

- Điểm đặt tại trung điểm của đoạn dây dẫn

- Phương, chiều của F

được xác định theo quy tắc bàn tay trái (hoặc quy tắc vặn đinh ốc): Đặt bàn tay trái sao cho các đường cảm ứng từ (các đường sức từ) xuyên qua lòng bàn tay, chiều dòng điện đi từ cổ tay đến các ngón tay, thì chiều của ngón tay cái mở ra (trong mặt phẳng bàn tay trái) là chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện

- Độ lớn

FIBlsin(l, B) 

2.3.5.3 Định luật Ampe về lực tương tác giữa hai phần tử dòng điện

Để xác định độ lớn lực từ tương tác giữa hai phần tử dòng điện I dl11



gây ra tại điểm đặt của I dl2

7 11

- Biểu thức trên không phụ thuộc vào chiều của các dòng điện

b Từ biểu thức trên suy ra độ lớn lực từ tác dụng lên một đơn vị chiều dài của mỗi dây dẫn

c Từ đó ta suy ra được định nghĩa đơn vị cường độ dòng điện trong hệ đơn vị SI

Ampe là cường độ của một dòng điện không đổi theo thời gian, khi chạy qua hai dây dẫn thẳng, song song, dài vô hạn, có tiết diện nhỏ không đáng kể, đặt trong chân không cách nhau 1 mét, thì gây ra trên mỗi mét dài của mỗi dây dẫn một lực bằng 2.10 N7

1I

2I

12 F



+ 21 F

B



2.3.5.5 Lực từ tác dụng lên dòng điện kín

a Tác dụng của từ trường đều lên dòng điện kín

Ta hay xét một khung dây dẫn hình chữ nhật MNPQ có các cạnh là a và b có dòng điện cường độ I chạy qua Khung được đặt trong từ trường đều có vectơ cảm ứng từ B

vuông góc với cạnh b Ta giả sử khung là cứng, tức là không biến dạng được Ta gọi góc giữa vectơ pháp tuyến n

của khung và vectơ cảm ứng từ B

là như hình vẽ (Vectơ pháp tuyến n

được xác định theo quy tắc đinh ốc: Quay cái đinh ốc theo chiều dòng điện trong khung, thì chiều tiến của cái đinh ốc là chiều của vectơ n

)

Áp dụng công thức Ampe ta thấy:

- Lực từ tác dụng lên các cạnh a vuông góc với chúng và từ trường Lực tác dụng lên cạnh a có tác dụng kéo giãn khung

- Lực từ tác dụng lên các cạnh b có độ lớn

FIbBCác lực này vuông góc với các cạnh b, và vuông góc với B

, hướng ngược chiều nhau như hình vẽ Chúng tạo thành ngẫu lực có tác dụng quay khung sao cho pháp tuyến dương của khung trùng với hướng của vectơ cảm ứng từ B

, tức là mặt phẳng của khung vuông góc với vectơ B

Ngẫu lực này có mômen:

MIbBa sin IBSsin (Với Sab là diện tích của mặt phẳng khung dây)

Để đặc trưng cho mạch điện kín về sự định hướng trong không gian, tác dụng của từ trường ngoài lên mạch điện kín người ta dùng khái niệm vectơ mômen từ m

pm I.S.n

Vậy ta có thể biểu diễn ngẫu lực M dưới dạng vectơ mômen ngẫu lực, xác định bởi

Mp B m 

Vectơ mômen ngẫu lực M

có phương vuông góc với pm

và B

, có chiều trùng với chiều tiến của cái đinh ốc khi quay cái đinh ốc theo chiều từ pm

đến BNgẫu lực này có tác dụng quay khung cho vectơ mômen từ pm

định hướng song song với vectơ cảm ứng từ B

Khi đó, khung ở vị trí cân bằng, vì M = 0 Vị trí cân bằng bền ứng với  0, tức là pm

cùng chiều với B

Ngoài ra khung còn có vị trí cân bằng không bền ứng với    Khi khung ở vị trí cân bằng, lực tác dụng lên các cạnh của khung có tác dụng làm giãn nó nếu   , và nén nó nếu 0   

b Tác dụng của từ trường không đều lên

dòng điện kín

Ta xét một vòng dây đặt trong từ

trường không đều Giả sử rằng ở tâm

vòng dây, từ trường vuông góc với mặt

phẳng của vòng dây Trên mỗi phần tử dl

của vòng dây, lực dF

vuông góc với dl và

với từ trường Nhưng vì các đường cảm

ứng từ không song song với nhau, nên lực

có tác dụng làm khung dịch chuyển trong từ trường Ta dễ dàng thấy rằng nếu vectơ mômen từ pm

cùng hướng với từ trường, vòng dây bị kéo về phía có từ trường mạnh hơn Độ lớn của lực này là



dF 

F 

m p

2.3.5.6 Lực Lo- ren - xơ

Lực Lorenxơ là lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong từ trường

Xét hạt mang điện tích q chuyển động với vận tốc v

bay vào từ trường đều

, chiều của lực được

xác định theo quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng sao cho các đường

cảm ứng từ xuyên qua lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa chỉ chiều vectơ vận tốc v

, ngón cái choãi ra chỉ chiều của lực Lorenxơ nếu hạt mang điện tích dương, và ngược lại đối với điện tích âm

2.3.6 Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường và từ trường

Khi một hạt mang điện tích q và có khối lượng m chuyển động trong không gian, ở đó có cả điện trường và từ trường, thì nó chịu tác dụng của cả lực điện và lực từ, xác định theo công thức (gọi là công thức Lorenxơ):

f qEq[v.B]

   

Theo định luật II Niutơn, phương trình chuyển động của hạt có dạng:

qEq[v.B]=ma  

Sau đây ta sẽ dựa vào phương trình trên để xét chuyển động của hạt mang điện trong một số trường hợp đặc biệt và ứng dụng của nó trong khoa học kĩ thuật

2.3.6.1 Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường đều

a Xét trường hợp vectơ vận tốc v

vuông góc với vectơ cảm ứng từ B

Ta hãy tưởng tượng trong từ trường đồng nhất B

có một hạt mang điện q chuyển động với vận tốc v

vuông góc với B

Hạt mang điện chịu tác dụng một lực

từ (lực Lorentz) và chuyền cho hạt mang điện một gia tốc a

a cũng không thay đổi Kết quả

là hạt tải điện q quay đều trên vòng tròn bán kính R được qui định theo gia tốc hướng tâm trong chuyển động tròn:

(điện tích riêng của hạt mang điện)

Chu kỳ chuyển động của hạt mang điện theo vòng tròn R:

b Trường hợp véc tơ vận tốc



v hợp với véc tơ cảm ứng từ B

một góc  bất kỳ Phân tích véc tơ vận

song song với

lên hạt mang điện theo hướng B

bằng không Điều đó có nghĩa là lực

B

v