Sử dụng thí nghiệm vào trong dạy học một số định luật cơ học cổ điển vật lí 10 (THPT)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ NHƯ Ý SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ HỌC CỔ ĐIỂN VẬT LÍ 10 THPT Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA VẬT LÝ

NGUYỄN THỊ NHƯ Ý

SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC

MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ HỌC CỔ ĐIỂN

VẬT LÍ (10 THPT)

Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn khoa học Th.S NGUYỄN ANH DŨNG

HÀ NỘI, 2015

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong tổ Phương Pháp dạy học bộ môn Vật lí – Trường đại học Sư phạm Hà Nội 2, đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy giáo – ThS Nguyễn Anh Dũng đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu

và thực hiện đề tài

Em xin cám ơn Ban giám hiệu, tập thể giáo viên tổ Vật lí – Công nghệ ở trường THPT Dương Xá – Gia Lâm – Hà Nội đã tạo điều kiện giúp em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã quan tâm động viện và tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành đề tài này

Hà Nội, tháng 5 năm 2015

Sinh viên

Nguyễn Thị Như Ý

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi, nó không trùng với bất cứ tài liệu nghiên cứu nào Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong khóa luận là trung thực và chƣa có ai công bố trong một công trình nào khác

Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, tháng 5 năm 2015

Sinh viên

Nguyễn Thị Nhƣ Ý

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CHUNG VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN VỀ TÍNH HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 5

1.1 Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu và dạy học vật lí 5

1.1.1 Nội dung của phương pháp thực nghiệm 6

1.1.2 Phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí 6

1.2 Sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí trong dạy học vật lí ở trường phổ thông 7

1.2.1 Mục đích của việc việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí 7

1.2.2 Rèn luyện cho học sinh nhận thức theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm 7

1.2.3 Các biện pháp rèn luyện cho học sinh sử dụng các phương pháp thực nghiệm 11

1.3 Những đặc điểm, yêu cầu mới của chương trình vật lí phổ thông 11

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VỀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ HỌC CỔ ĐIỂN VẬT LÍ 10 THPT 13 2.1 Một số thí nghiệm có thể sủ dụng trong dạy học Vật lí 10 THPT 13

2.1.1 Thí nghiệm khảo sát định luật I Niu-tơn trên đệm không khí (Thí nghiệm 1) 13

2.1.2 Thí nghiệm nghiệm lại định luật II Niu-tơn với thiết bị đồng hồ rung (Thí nghiệm 2) 14 2.1.3 Thí nghiệm nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng (Thí nghiệm 3) 17

2.2 Thiết kế tiến trình dạy học một số định luật cơ học cổ điển trong SGK vật

lí 10 20

2.2.2 Tiến trình dạy học bài “Định luật II Niu-tơn” SGK Vật lí 10 Nâng cao 28

2.2.3 Tiến trình dạy học bài “Động lượng Định luật bảo toàn động lượng” SGK Vật lí 10 38

CHƯƠNG 3: DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 54

3.1 Mục đích của TNSP 54

3.2 Nhiệm vụ của TNSP 54

3.3 Đối tượng thực nghiệm 54

3.4 Tiến hành thực nghiệm 54

3.4.1 Chuẩn bị TNSP 54

3.4.2 Tiến hành THSP 55

3.5 Phân tích kết quả TNSP 55

3.5.1 Phân tích định tính 55

3.5.2 Phân tích định lượng 56

KẾT LUẬN CHUNG 58

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Vật lí học là một khoa học thực nghiệm Trong giảng dạy vật lí, thực nghiệm là một công cụ vô cùng quan trọng để học sinh có thể học tập chiếm lĩnh kiến thức, qua đó học sinh một lần nữa thêm tin tưởng vào tính đúng đắn, chân thực khách quan của các định lí, định luật vật lí Nếu những kiến thức trong sách giáo khoa không đi kèm với các thí nghiệm kiểm chứng mà bắt buộc học sinh phải thừa nhận thì sẽ khiến học sinh không có hứng thú nhiều với bài học, đồng nghĩa với việc chất lượng dạy học chưa thực sự có hiệu quả Thay vào đó, học sinh được quan sát các thí nghiệm hay được làm thí nghiệm dưới sự hướng dẫn của giáo viên, biết được bản chất hiện tượng vật lí và kết quả thí nghiệm xảy ra sẽ kích thức học sinh tiếp thu và chiếm lính kiến thức một cách trực quan, chủ động sáng tạo, hiệu quả học tập sẽ được nâng cao Khi đưa các thí nghiệm vào trong bài giảng, giáo viên cũng phát huy tối đa năng lực cũng như hiệu quả giảng dạy của mình

Lí luận và thực tiễn đã chứng minh rằng thí nghiệm có vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình hình thành kiến thức mới cho học sinh và thí nghiệm cũng có thể kiểm lại kiến thức mới

Trong chương trình vật lí phổ thông các kiến thức được hình thành chủ yếu bằng hai con đường chính là thực nghiệm và suy luận lí thuyết Tuy nhiên

để khiến học sinh tin vào tính đúng đắn của các kiến thức vật lí chỉ bằng lí thuyết không thì chưa đủ và nên có những kiểm chúng có thể có, dưới sự hướng dẫn của giáo viên để học sinh làm hay giáo viên làm cho học sinh quan sát

Trong bộ môn phương pháp lí luận dạy học vật lí chưa có nhiều các công trình nghiên cứu về lĩnh vực phát triển tư duy thực nghiệm cho học sinh

Hoạt động đưa thí nghiệm vào giảng dạy vật lí ở trường phổ thông chưa thực sự được chú trọng và quan tâm

Vì nhưng lí do nêu trên nhằm đi đến mục đích phát triển tư duy thực nghiệm cho học sinh và giúp học sinh học tập tốt hơn nên chúng tôi chọn đề tài “Sử dụng thí nghiệm vào dạy học một số định luật cơ học cổ điển” (Vật lí

10 THPT)

2 Mục đích nghiên cứu

Sử dụng các thí nghiệm trong dạy học nhằm nâng cao chất lượng dạy

học cho học sinh khi nghiên cứu một số định luật cơ học cổ điển

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng: Các thí nghiệm đưa vào dạy học vật lí nhằm xây dựng, kiểm chứng một số định luật cơ học cổ điển trong dạy học một số định luật cơ học

cổ điển (SGK Vật lí 10)

Phạm vi: Do thời gian và nhiều nguyên nhân khách quan nên tôi chỉ nghiên cứu các thí nghiệm kiểm nghiệm một số định luật cơ học cổ điển trong Sách giáo khoa vật lí 10, chương Động lực học chất điểm và chương Các định luật bảo toàn

4 Giả thuyết khoa học

Khi đưa các thí nghiệm vật lí vào giảng dạy một số định luật cơ học của

cổ điển theo cách hợp lí sẽ góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho nâng cao chất lượng dạy học vật lí ở trường phổ thông

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

5.1 Nghiên cứu lí luận về phương pháp thực nghiệm trong dạy học

5.2 Điều tra thực trạng dạy học vật lí có sử dụng thí nghiệm ở lớp 10 trường phổ thông

5.3 Thiết kế các bài giảng về một số định luật cơ học cổ điển có sử dụng thí nghiệm

5.4 Dự kiến thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của tiến trình đã xây dựng

6 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lí luận về tính hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm vào trong dạy học vật lí

Nghiên cứu tài liệu: nghiên cứu cấu trúc, nội dung chương trình Vật lí THPT nói chung và phần dạy học một số định luật của cơ học cổ điển ở THPT nói riêng

Điều tra thực trạng dạy học một số định luật cơ học cổ điển của giáo viên

và học sinh lớp lớp 10 bằng cách trao đổi với giáo viên và học sinh, khảo sát qua các bài kiểm tra 15 phút, 1 tiết

Dự kiến thực nghiệm sư phạm để kiểm nghiệm tính khoa học, khả thi, hiệu quả của đề tài sử dụng thí nghiệm vào trong dạy học một số định luật cơ học cổ điển

- Giúp học sinh tiếp cận với phương pháp thực nghiệm

8 Cấu trúc khóa luận

Phần 1: Mở đầu

Phần 2: Nội Dung

Chương 1 Cơ sở lí luận chung và cơ sở thực tiễn về tính hiệu quả của việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy hoc vật lí

Chương 2 Nội dung về sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học một số định luật cơ học cổ điển vật lí 10 THPT (khi dạy học 3 bài: VẬT LÍ 10 THPT + “Định luật I Niu-tơn” SGK Vật lí 10 nâng cao

+ “Định luật II Niu-tơn” SGK Vật lí 10 nâng cao

+ “Động lượng Định luật bảo toàn động lượng” SGK Vật lí 10.)

Chương 3 Dự kiến thực nghiệm sư phạm

Phần 3: Kết luận chung

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CHUNG VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN VỀ TÍNH HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG

DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1 Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu và dạy học vật lí

Vật lí là môn khoa học thực nghiệm và Galile được mệnh danh là ông tổ của vật lí thực nghiệm là người đầu tiên chính thức đặt nền móng cho việc đưa thực nghiệm vào nghiên cứu vật lí

Cũng nhờ phương pháp thực nghiệm mà các ngành khoa học nói chung

và vật lý học nói riêng đã có những bước tiến vượt bậc

Trình tự việc nghiên cứu của Galile theo phương pháp thực nghiệm có thể nói một cách ngắn ngọn như sau: Trước một hiện tượng cần giải thích và tìm hiểu Galile bắt đầu quan sát để xác định rõ vấn đề cần nghiên cứu, đưa ra một cách giải thích dựa vào lí thuyết có tính chất dự đoán Từ lý thuyết đó ông rút ra kết luận có thể kiểm tra được bằng thực nghiệm Tiếp theo đó ông thiết kế và tiến hành phương án thí nghiệm phù hợp, tạo điều kiện thí nghiệm

và phương tiện thí nghiệm phù hợp nhất có thể đạt kết quả với độ tin cậy lớn nhất có thể Cuối cùng ông đối chiếu kết quả thực nghiệm với lý thuyết ban đầu

Ta có thể mô tả quá trình nhận thức vật lý chi cụ thể, chi tiết hơn bao gồm các giai đoạn điển hình sau:

Thực tiễn → vấn đề → giả thuyết → hệ quả → định luật → lý thuyết → thực tiễn

Khoa học là một chu trình của lí thuyết và thực nghiệm Các lí thuyết khoa học được đưa ra để giải thích kết quả thí nghiệm tạo ra dưới những điều kiện nhất định Một lí thuyết thành công cũng sẽ đưa ra những tiên đoán mới

về những thí nghiệm mới dưới những điều kiện mới Cuối cùng, điều luôn xảy

ra là một thí nghiệm mới xuất hiện, cho thấy dưới những điều kiện nhất định,

lí thuyết đó không hẳn là một sự gần đúng tốt hay thậm chí không còn giá trị nữa Nếu một thí nghiệm không ăn khớp với lí thuyết hiện tại, thì lí thuyết đó phải thay đổi, chứ không phải thí nghiệm thay đổi

1.1.1 Nội dung của phương pháp thực nghiệm

Thực chất của phương pháp thực nghiệm của Galile đã được Spaski nêu lên như sau: “Xuất phát từ quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng một giả thuyết Giả thuyết đó không đơn giản chỉ là sự tổng quát hóa các các thí nghiệm đã làm, mà nó chứa đựng cái gì đó mới mẻ, không có sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể Bằng phép suy luận logic và bằng toán học nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó mà suy ra một số hệ quả, tiên đoán một số sự kiện mới trước đó chưa biết đến Nhưng hệ quả và sự kiện mới đó lại có thể kiểm tra bằng thực nghiệm Nếu hệ quả và sự kiện mới đó phù hợp với kết quả thí nghiệm thì nó khẳng định sự đúng đắn của giả thuyết và khi đó giả thuyết được coi là một định luật Vật lý chính xác”[1]

1.1.2 Phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí

“Môn vật lí là bộ môn khoa học thực nghiệm ở trường phổ thông Các định luật hay các kiến thức nói chung trong chương trình vật lí phổ thông hầu hết được hình thành dựa trên con đường thực nghiệm vì vậy đưa phương pháp thực nghiệm vận dụng vào quá trình giảng dạy vật lí là rất phù hợp, rất sáng tạo”[6] Trong đổi mới chương trình vật lí ở trường phổ thông hiện hành thì phương pháp thực nghiệm lại càng được coi trọng hơn, có thể xem là một như

là một cách mạng làm thay đổi phương pháp dạy học Trong quá trình dạy vật

lí đóng vai trò là người hướng dẫn học sinh chủ động chiếm lĩnh kiến thức, người thầy phải làm cho học sinh hiểu được và từng bước biết vận dụng phương pháp thực nghiệm để khám phá kiến thức theo chương trình, sách giáo khoa và trong thực tiễn đời sống

Về bản chất phương pháp thực nghiệm trong dạy học Vật lý ta hiểu là phương pháp dạy học, trong đó ta vận dụng phương pháp thực nghiệm của quá trình nhận thức khoa học vào dạy học hay là dạy cho học sinh biết cách tìm tòi sáng tạo theo phương pháp thực nghiệm Từ đó học sinh có thể phát huy tính tích cực, tự giác và sáng tạo trong hoạt động học tập và việc chiếm lĩnh kiến thức của mình

1.2 Sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí trong dạy học vật lí

số liệu, đối chiếu thực nghiệm với lí thuyết

- Học sinh có cái nhìn khách quan và tin tưởng vào tính đúng đắn của các kiến thức vật lí, hiểu được bản chất của kiến thức vật lí, giải thích được các hiện tượng vật lí liên quan giúp học sinh nhớ nhanh và nhớ lâu kiến thức

1.2.2 Rèn luyện cho học sinh nhận thức theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm

1.2.2.1 Các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm trong dạy học ở trường phổ thông

Việc dạy vật lí ở trường phổ thông theo phương pháp thực nghiệm có thể gồm các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Làm xuất hiện vấn đề: Giáo viên mô tả hoàn cảnh thực tiễn hay biểu diễn một vài thí nghiệm yêu cầu học sinh dự đoán diễn biến của hiện tượng, tìm nguyên nhân hoặc xác lập mối liên hệ nào đó

Giai đoạn 2: Xây dựng dự đoán (xây dựng giả thuyết): Trên cơ sở yêu cầu HS dự đoán diễn biến của hiện tượng, tìm nguyên nhân hoặc xác lập mối liên hệ nào đó thì GV hướng dẫn, gợi ý cho HS đưa ra các dự đoán ban đầu, dựa vào sự quan sát tỉ mỉ, suy luận logic, kinh nghiệm bản thân, những kiến thức đã có…

Giai đoạn 3: Suy luận ra hệ quả: Từ những dự đoán đã đưa ra, dùng suy luận logic, suy luận toán học đưa đến một hệ quả cụ thể, dự đoán một hiện tượng mới trong thực tiễn mà có thể kiểm tra được bằng thí nghiệm

Giai đoạn 4: Đề xuất và tiến hành phương án thí nghiệm kiểm tra hệ quả : Xây dựng, thiết kế và thực hiện một phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán hay giả thuyết một cách chính xác nhất có thể, xem hệ quả dự đoán ở trên có phù hợp với kết quả thí nghiệm hay không? Nếu phù hợp thì giả thuyết trên trở thành một chân lý, nếu không phù hợp thì phải đi xây dựng một giả thuyết mới

Giai đoạn 5: Vận dụng giả thuyết: Nếu giả thuyết được kiểm nghiệm là đúng, HS sẽ vận dụng các kiến thức đó để giải thích một số hiện tượng liên quan trong cuộc sống, vận dụng giải quyết các vấn đề cần mà HS cần làm trong phạm vi giả quyết của kiến thức vừa học Trong quá trình giải quyết các vấn đề đó có thể lại nảy sinh những vấn đề mới hay nếu giả thuyết không phù hợp với thực nghiệm thì sẽ phải giả thuyết mới hình thành và tiếp tục thiết kế tiến hành phương án thí nghiệm mới để kiểm tra giả thuyết mới, điều đó có nghĩa là một chu trình mới cuộc việc HS nhận thức kiến thức theo phương pháp thực nghiệm bắt đầu

Rèn luyện cho HS kĩ năng quan sát, làm thí nghiệm và xử lí kết quả thí nghiệm

Việc đưa phương pháp thực nghiệm vào dạy học không những để đảm bảo cho việc học sinh nhận thức, chiếm lĩnh kiến thức một cách chủ động,

sáng tạo mà còn đảm bảo cho việc phát triển tư duy thực nghiệm cho học sinh

Tuy nhiên tùy thuộc vào từng đối tượng học sinh và đối tượng bài học

mà các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm trong dạy học được tiến hành

ở các cấp độ khác nhau Với cách tính trung bình ta có thể có thể chia thành các mức độ tương úng với các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm như sau:

Giai đoạn 1: làm xuất hiện vấn đề

Mức độ 1: đối tượng học sinh khá giỏi hoặc các bài có kiến thức dễ hiểu

HS tự lực suy nghĩ tìm tòi phát hiện, giải quyết vấn đề, GV hướng dẫn học sinh bằng các câu hỏi gợi mở, qua đó HS có thể phát hiện ra những tính chất hay những mối quan hệ đáng chú ý trong vấn đề cần nghiên cứu

Mức độ 2: đối với học sinh trung bình hay dưới trung bình, GV cần gợi ý cho HS bằng cách tạo ra hoàn cảnh mới trong đó xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu Từ đó giáo viên định hướng học sinh suy nghĩ tìm tòi hướng giải quyết tiếp hoặc giáo viên có thể gọi ý phương hướng giả quyết

Giai đoạn 2: Xây dựng giả thuyết

Mức độ 1: Dự đoán định tính: đối với những hiện tượng phức tạp, khó hiểu giáo viên định hướng cho học sinh dự đoán định tính Nếu cần thiết GV

có thể gợi ý 2, đến 3 phương án để HS lựa chọn

Mức độ 2: Dự đoán định lượng: đối với hiện tượng đơn giản bằng quan sát thông thường có thể đưa ra dự đoán khá chính xác về mối quan hệ giữa các đại lượng cần biểu diễn, và có thể hướng dẫn học sinh tìm ra bản chất của hiện tượng

Giai đoạn 3: Suy luận hệ quả: nếu việc suy luận hệ quả không quá khó thì có thể chia thành các mức độ sau:

Mức độ 1: Có thể xây đựng hệ quả nhờ qua quan sát đo lường trực tiếp

Mức độ 2: Hệ quả không thể xây dựng được bằng việc đo lường hoặc quan sát trực tiếp mà phải dựa trên các suy luận logic, suy luận toán học GV

sẽ định hướng cho HS trong việc suy luận hệ quả

Mức độ 3: Hệ quả suy luận được phải thực hiện dựa trên một số điều kiện lí tưởng mà ta giả thiết

Giai đoạn 4: Đề xuất và tiến hành phương án thí nghiệm kiểm tra

hệ quả

Mức độ 1: HS có thể tự đề xuất và tiến hành phương án thí nghiệm để kiểm tra: cách tiến hành thí nghiệm kiểm tra hệ quả đơn giản, các thiết bị, dụng cụ sử dụng để có thể kiểm tra hệ quả đó đơn giản, quen thuộc, dễ tìm và

dễ sử dụng

Mức độ 2: Giáo viên gợi ý cho HS đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra hệ quả và hướng dẫn học sinh làm thí nghiệm: thí nghiệm kiểm tra hệ quả khá phức tạp, thiết bị thí nghiệm khó tìm, khó sử dụng

Mức độ 3: Giáo viên đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra và tiến hành thí nghiệm cho học sinh quan sát, hoăc trình chiếu video của thí nghiệm đó cho học sinh quan sát đối với các thí nghiệm kiểm tra hệ quả có độ phức tạp cao, không thể tiến hành trong điều kiện ở trường phổ thông mà phải tiến hành ở các phòng thí nghiệm chuyên dụng của các nhà khoa học

Giai đoạn 5: Vận dụng giả thuyết: nếu giả thuyết đó được kiểm

nghiệm là đúng thì ta chia thành các mức độ sau:

Mức độ 1: Áp dụng trực tiếp hệ quả để giải quyết các nhiệm vụ khác trong bài học và giải thích một số hiện tượng vật lí đơn giản liên quan

Mức độ 2: Kết hợp giả thuyết đó với các kiến thức đã biết hoặc các suy luận logic để giải quyết nhiệm vụ của bài học, hoặc đi sâu vào việc hình thành một giả thuyết mới có cở sở dựa trên giả thuyết đúng vừa được kiểm nghiệm

1.2.3 Các biện pháp rèn luyện cho học sinh sử dụng các phương pháp thực nghiệm

- Thiết kế tiến trình dạy học một bài vật lí theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm

- Xây dựng tình huống có vấn đề tạo không khí học tập thuận lợi

- Tổ chức hình thức học tập đa dạng trong giờ học

- Lựa chọn, cung cấp cho học sinh nhưng phương tiện công cụ cần thiết

để thực hiện các hoạt động học tập

- Cho học sinh làm quen với các phương pháp nhận thức vật lí khác

- Xác định và lựa chọn các mức độ thích hợp yêu cầu học sinh tự lực thực hiện các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm

1.3 Những đặc điểm, yêu cầu mới của chương trình vật lí phổ thông

Các mục tiêu và việc dạy học ở trường phổ thông được thực hiện chủ yếu thông qua việc dạy học các môn học Vật lí cũng là một trong các môn khoa học ở trường phổ thông không chỉ trang bị cho HS kiến thức cơ bản, hiện đại mà còn góp phần giáo dục và phát triển toàn diện cho HS

Dạy học là quá trình hoạt động có mục đích của GV và HS trọng sự tương tác qua lại lẫn nhau thống nhất, biện chứng của giáo viên, HS và tư liệu hoạt động dạy học Trong dạy học vật lí GV đóng vai trò là người tổ chức kiểm tra, định hướng hành động của học sinh tự chủ chiếm lĩnh, xây đựng tri thức vật lí và rèn luyện kĩ năng của mình Đồng thời thông qua quá trình đó năng lực trí tuệ, tư duy và nhân cách của HS cũng được phát triển toàn diện Vật lí là một ngành khoa hoc nghiên cứu các quy luật các tính chất chung nhất của cấu trúc, sự tương tác và chuyển động của vât chất Vật lí không chỉ liệt kê mô tả hiện tượng mà còn đi sâu nghiên cứu bản chất, khảo sát mặt định lượng và tìm ra các quy luật chung của chúng Sự phát triển của vật lí học là cơ sở của nhiều ngành khoa học, kĩ thuật công nghệ tiên tiến Các

kiến thức Vật lí được xem như những mô hình con người dựng lên để biểu đạt hiện thực Do vậy quá trình dạy học Vật lí được thực hiện chủ yếu theo tiến trình mô hình hóa trong những tình huống có vấn đề, HS là những người phát hiện ra vấn đề và giải quyết vấn đề dưới sự hướng dẫn của GV để đảm bảo sao HS chiếm lĩnh kiến thức một cách chủ động sáng tạo

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương này chúng tôi đã trình bày cơ sở lí luận chung và cơ sở thực tiễn về tính cần thiết của việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí nói chung và dạy học một số định luật cơ học cổ điển gồm có các nội dung sau:

- Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lí

+ Nội dung của phương pháp thực nghiệm

+ Phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí

- Sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí trong dạy học vật lí

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VỀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ HỌC CỔ ĐIỂN VẬT LÍ 10

THPT 2.1 Một số thí nghiệm có thể sủ dụng trong dạy học Vật lí 10 THPT

2.1.1 Thí nghiệm khảo sát định luật I Niu-tơn trên đệm không khí (Thí nghiệm 1)

Phần cơ bản của thiết bị đệm không khí là một hộp kim loại hình mái nhà có nhiều các lỗ nhỏ, một đầu bịt kín và đầu kia nối với một bơm nén khí

P

2.1.1.3 Tiến hành thí nghiệm

Hai cảm biến được gắn trên đệm không khí, khoảng cách giữa 2 đầu cảm biến là 40cm Bật công tác cho máy nén khí hoạt động (chú ý chỉnh tốc độ khí thổi vừa phải điều chỉnh cho đệm không khí thăng bằng)

Kéo xe ra khỏi khoảng giữa 2 cảm biến Bật công tắc 2 máy đo thời gian

t1 và t2, bấm nút “RESET” trên 2 máy để chuyển về số “0” các chỉ thị trên

trên máy đo thời gian vào bảng Lặp lại thí nghiệm này nhiều lần, thêm 2 lần nữa với khoảng cách giữa 2 cảm biến là 45cm và 50cm

Với trường hợp 1: ta bỏ tay không giữ xe, xe luôn đứng yên không bị trôi thì định luật I Niu-tơn được nghiệm đúng một phần

Với trường hợp 2: Thời gian t1 và t2 trong các lần đo mà bằng nhau hoặc xấp xỉ bằng nhau, tỉ số t1/t2 bằng 1 thì định luật I Niu-tơn được nghiệm đúng phần còn lại

2.1.2 Thí nghiệm nghiệm lại định luật II Niu-tơn với thiết bị đồng hồ rung (Thí nghiệm 2)

∆l1 = l2 – l1 = a.t2

∆l2 = l3 – l2 = a.t2

hồ rung trên giá đỡ vạn năng hoặc vào hộp gỗ, dùng tấm gỗ kê nâng cao đồng thời) như hình vẽ:

Hình 1

- Bố trí thí nghiệm như hình 1

Đặt máng nhôm nằm song song với hộp gỗ Nhỏ mực vào đầu bút dạ Lắp băng giấy vào đồng hồ rung, một đầu băng giấy nắp vào đinh ốc của

xe lăn, xê dịch vị trí của máng sao cho khi xe chạy băng giấy cũng chậy thẳng

và luôn bám sát vào mắt con lăn của đồng hồ rung trên giá đỡ để đánh đấu quãng đường đi được của xe trong nhưng khoảng thời gian liên tiếp t = 0,1 s

α

Kéo căng băng giấy, bấm điện cho đồng hồ rung hoạt động, đợi vài giây cho cần rung dao động đều Buông tay cho xe lăn chuyển động không vận tốc ban đầu Khi băng giấy ra khỏi đồng hồ rung, ngắt điện cho đồng hồ rung ngừng hoạt động Lấy băng giấy mới và tiến hành lại thí nghiệm nhiều lần rồi ghi kết quả vào bảng sau:

F1 =

F2 =

F3 =

Lập thương số:

a1/a2 và a1/a3

Kết luận: Độ lớn gia tốc tỉ luận thuận với độ lớn lực tác dụng

2.1.3 Thí nghiệm nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng (Thí nghiệm 3)

m P

' 1 1 2

2 1

l t

l t

'

11

2 2

t t

(2.7)

-Trường hợp 2: Va chạm giữa 2 vật là va chạm không đàn hồi (va chạm

mềm) Sau va chạm hai vật gắn vào nhau và chuyển động cùng vận tốc v ' Theo biểu thức (2.2) suy ra hình chiếu trên phương ngang của tổng động lượng của hệ 2 vật trước và sau va chạm có trị số không đổi:

2 1 1

1

m m

v m v

m v

 => v  v  v

22

2 1

Nếu gọi t1 và t2 là khoảng thời gian vật một và vật hai đi được cùng một quãng đường l trước va chạm thì và t là thời gian hệ hai vật gắn vào nhau đi được quãng đường l sau va chạm thì:

2

1

1

t t

t

Hay : 1 1 2

2 1

t (2.10)

2.1.3.3 Dụng cụ thí nghiệm

- Đệm không khí có gắn thước thẳng milimet, bơm nén khí cùng ống dẫn khí, hai máy đo thời gian hiện số, hai xe trượt cùng các gia trọng, hai đầu cảm biến quang điện hồng ngoại, chi tiết tạo va chạm đàn hồi, chi tiết tạo va chạm mềm

2.1.3.4 Tiến hành thí nghiệm

Trường hợp va chạm đàn hồi

Gắn bộ phận tạo va chạm đàn hồi vào đầu 2 xe như hình 6, trong đó 1 là lưỡi dao, 2 là dây cao su căng trên khung nhựa Đặt khoảng cách giữa cảm biến là 50cm; hai xe đặt cách nhau và nằm ngoài khoảng đó Điều chỉnh cho máy đo thời gian sẵn sàng hoạt động và bấm công tắc để cho đệm không khí hoạt động

Hai tay đẩy nhẹ hai xe trược chuyển động ngược chiều nhau và va chạm nhau trong khoảng giữa của hai cảm biến khi hai xe đi qua đầu cảm biến thì của sổ hiện số của máy đo thời gian hiện lên thời gian t1 và t2, để đo tiếp thơi gia t’1 và t’2 thì hai xe đi qua hai đầu cảm biến cần nhanh chóng bấm nút

“START” trên máy đo thời t1+ t’1 và t2 + t’2 Ghi lại t1, t2 để suy ra t’1 và t’2 Ghi kết quả vào bảng sau và lặp lại thí nghiệm thêm 2 lần nữa

Trường hợp va chạm mềm

Tháo các chi tiết tạo va chạm đàn hồi ra khổi hai xe và gắn chi tiết tạo va chạm mềm vào Để hai xe nằm ngoài khoảng giữ hai cảm biến và cho chúng

va chạm mềm với nhau trong khoảng giữa hai cảm biến thao tác với hai máy

đo thời gian tương tự như trường hợp va chạm đàn hồi và ghi kết quả vào

Sai số  được tính bằng cách đối chiếu với công thức (2.10)”[7]

2.2 Thiết kế tiến trình dạy học một số định luật cơ học cổ điển trong SGK vật lí 10

2.2.1 Tiến trình dạy học bài “Định luật I Niu-tơn” SGK Vật lí 10 Nâng cao

Logic quá trình dạy học

Hệ quy chiếu quán tính

Tính đồng nhất và đẳng hướng của không gian và thời gian

nước như Hình 3:

(1)

Từ đó, ông tiên đoán: “nếu không có ma sát và nếu máng 2 nằm ngang thì hòn bi sẽ lăn với vận tốc không đổi mãi mãi” hay “ không cần đến lực ma sát để duy trì chuyển động của một vật”

Về sau, Niuton đã khái quát các kết quả quan sát và thí nghiệm thành định luật , được gọi là định luật I Niu-tơn:

“Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không, thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều”

Từ định luật I Niu-tơn đưa ra mô hình vật cô lập, trên thực tế thì không thể có mô hình này tức là không thể có vật tuyệt đối tự do, không tác dụng gì

cả Gần đây, các thí nghiệm như vậy được tiến hành với nước đá khô hay là những vật chuyển động trên đệm không khí

Hiện tượng quán tính: “quán tính là tính chất của mọi vật có xu hướng bảo toàn vận tốc cả về hướng và độ lớn”

Từ định luật I Niuton cũng đưa vào khái niệm hệ quy chiếu quán tính Định luật I Niu-tơn là định luật độc lập của tự nhiên, và quan trọng hơn

nó chưa đựng định đề về tính đồng nhất và đẳng hướng của không gian và thời gian

Thiết kế hoạt động dạy học vật lí

1 Mục tiêu dạy học

Mục tiêu về kiến thức

- Nêu được tiên đoán và thí nghiệm của Galile

- Phát biểu được nội dung định luật I Niu-tơn

- Thiết kế được phương án thí nghiệm kiểm tra định luật 1 Niu-tơn

- Phát biểu được khái niệm quán tính

Mục tiêu về kĩ năng

- Áp dụng được định luật I Niu-tơn và dựa vào khái niệm quán tính để giải thích một số hiện tượng vật lí liên quan (như rũ áo, tra búa vào cán )

- Rèn luyện kĩ năng quan sát và làm thí nghiệm

Mục tiêu về phát triển tư duy

- Phát triển tư duy suy luận logic

Chuẩn bị của giáo viên

- Hai máng nghiêng như máng nước, một viên bi

- Bộ dụng cụ thí nghiệm đệm không khí

Chuẩn bị của học sinh

+ Ôn lại kiến thức về chuyển động và lực

3 Tiến trình dạy học

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

Hoạt động 1: Đặt vấn đề vào bài học

-Tiến hành thí nghiệm mở đầu: tác

dụng vào hộp phấn trên bàn 1 lực đẩy thì

hộp phấn chuyển động

Khi ngừng tác dụng lực hộp phấn

như chuyển động nữa không?

- Vậy lực có cần thiết để duy trì

chuyển động không?

=> quan niệm của nhà triết học

Aristot: lực cần thiết để duy trì chuyển

động

- khi ngừng tác dụng lực hộp phấn dừng lại

- Lực cần thiết để duy trì chuyển động

Hoạt động 2: Kiểm nghiệm lại quan

điểm của Aristot bằng thí nghiệm lịch

Quan sát trả lời câu hỏi

- Trong thí nghiệm lần đầu độ cao hòn bi lên được trên máng nghiêng

trong các lần thí niệm có gì khác nhau?

- Vẫn thí nghiệm đó, máng nghiêng 2

đặt nằm ngang, tăng độ nhám độ ghồ

ghề cho máng nghiêng 2 thì viên bi

chuyển động trên máng nghiêng 2 như

thế nào?

- Nguyên nào làm cho viên bị dừng lại

nhanh? (nguyên nhân nào cản trở

chuyển động?)

- Nếu không lực ma sát thì viên bi

chuyển động thế nào trên máng nghiêng

2 đặt nằm ngang?

- Kết luận: Bằng thực nghiệm Galile

phát hiện ra 1 loại lực giấu mặt là lực ma

sát thì không cần đến lực để duy trì

chuyển động của một vật Lực đó là lực

gì?

 Tiên đoán của Galile

Yêu cầu HS phát biểu?

Liệu răng tiên đoán của Galile có phù

hợp không? Chúng ta hãy cùng nhau đi

kiểm chứng điều đó

2 gần bằng độ cao thả bi ở máng nghiêng 1

- Quãng đường hòn bi đi được trên máng nghiêng 2 tăng dần khi giảm dần góc nghiêng

Viên bị đừng lại rất nhanh

- Lực ma sát

- Tiên đoán của Galile: nếu không

có ma sát và 2 máng nằm ngang, thì hòn bi sẽ lăn với vận tốc không đổi mãi mãi

Hoạt động 3: Xây dựng định luật I

Niuton và kiểm nghiệm định luật

- Bằng quan sát và tổng hợp các kết quả

từ thực nghiệm, Niu-tơn đã đưa ra định

luật I Niu-tơn:

+ Nội dung ĐL: Nếu một vật không chịu

tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng

của các lực có hợp lực bằng 0, thì vật

đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang

chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động

thẳng đều

Có thể tiến hành thí nghiệm để kiểm tra

nội dung ĐL hay không?

- Có tồn tại vật không chịu tác dụng của

- Giới thiệu về cấu tạo và nguyên tắc

hoạt động của bộ dụng cụ thí nghiệm

đệm không khí

- Với thiết bị đệm không khí ta có

thể tiến hành thí nghiệm nghiệm lại hệ

quả của định luật I Niu-tơn như thế nào?

- Hướng dẫn học sinh làm thí nghiệm 1

(trình bày ở mục 2.2.1) kiểm nghiệm lại

định luật I Niu-tơn

- Tiếp thu + “Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng

0, thì vật đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều” + Có thể

+ Không

- Tạo ra vật có hợp lực tác dụng bằng 0 và khảo sát trạng thái chuyển động của nó

- Bộ dụng cụ thí nghiệm đệm không khí

- Tiếp thu

- Trả lời -Tiến hành làm thí nghiệm dưới sự hướng dẫn của giáo viên

- Nhận xét kết quả thí nghiệm

- Khẳng định lại nội dung định luật

dụng lực thì hòn bi vẫn lăn 1 đoạn rồi

mới dừng lại (do lực ma sát có tác dụng

làm cản trở chuyển động)

- Yếu tố nào làm cho hòn bi có xu hướng

tiếp tục chuyển động theo chiều ban đầu

thêm 1 đoạn nữa mà không dừng lại

ngay sau khi ta lực ngừng tác dụng lực

đẩy? Đó chính là quán tính

- Thế nào là quán tính?

- Kết luận: Định luật I Niu-tơn là định

luật quán tính

Chuyển động thẳng đều được gọi là

chuyển động theo quán tính

- Vận dụng khái niệm quán tính giải

thích một số hiện tượng như rũ áo, tra

búa vào cán

- Nhận xét và đưa ra kết luận

Nghe và tiếp thu

- Quán tính là tính chất của mọi vật có xu hướng bảo toàn vận tốc

cả về hướng và độ lớn

- Giải thích

Hoạt động 5: Giáo viên tổng kết và

củng cố lại kiến thức cho học sinh

- Yêu cầu HS trả lời câu hỏi C3 (SGK

- Do có quán tính lên khi ta ngừng đạp xe đạp, xe đạp vẫn chuyển động thêm 1 đoạn nữa mới dừng

trang 60)

- Yêu cầu HS phát biểu lại nội dung ĐL

I Niu-tơn và khái niệm quán tính cho cả

lớp nắm vững kiến thức ngay trên lớp

+ GV giao bài tập về nhà

lại

Khi nhảy từ bậc cao xuống ta phải gập chân để hạn chế vận tốc quán tính của cả cơ thể theo phương nhảy ép trực tiếp vào đầu gối và chân gây ra tổn thương cơ và xương ở chân

- Nghe và nhận nhiệm vụ

Dự kiến nội dung ghi bảng

Bài 10: Định luật I Niu-tơn

I Quan niệm của Aristot, thí nghiệm và tiên đoán của Galile

1 Quan niệm của Aristot

- Lực cần thiết để duy trì chuyển động

2 Thí nghiệm và tiên đoán của Galie

Trong TH 3: quãng đường bi đi được trên máng 2 là lớn nhất

Kết luận: Bằng thực nghiệm Galile phát hiện ra 1 loại lực giấu mặt là lực ma

sát thì không cần đến lực để duy trì chuyển động của một vật

Nội dung định luật I Niu-tơn: Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào

hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0, thì vật đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều