Khoá luận tốt nghiệp sử dụng thí nghiệm vào trong dạy học một số định luật cơ học cổ điển vật lí 10 (THPT)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ NHU'Ý SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM • • VÀO TRONG DẠY • HỌC • MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT c ơ HỌC CỐ 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, thảng 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 chưa có ai công bố trong một công trình nào khác. Neu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, thảng 5 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Như Ý MỤC LỤC MỞ ĐẦU............................................................................................................1 CHƯƠNG 1. Cơ SỞ LÍ LUẬN CHƯNG VÀ c ơ SỞ THựC TIỀN VỀ TÍNH HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC VẬT L Í .................................................................................................... 5 1.1. Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu và dạy học vật l í ............... 5 1.1.1. Nội dung của phương pháp thực nghiệm................................................6 ỈA .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 DƯNG VỀ s ử DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT c ơ HỌC CÒ 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: D ự 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 CHƯNG...................................................................................... 58 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................59 PHỤ LỤC BẢNG CHŨ CÁI VIẾT TẮT Viêt tăt Viêt đây đủ ĐL Định luật ĐLBT Định luật bảo toàn GV Giáo viên HS Học sinh SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phô thong TNSP Thực nghiệm sư phạm 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. Neu 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 trục 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 chưong 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 thế 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. 1 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 cún một số định luật cơ học cố 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 cún các thí nghiệm kiếm nghiệm một số định luật cơ học cổ điến 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 họp 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. 2 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 cún 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 lóp lóp 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 đế kiếm 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. 7. Đóng góp của đề tài 7.1 Đóng góp về mặt lí luận: Cho thấy được tầm quan trọng của việc sử dụng các thí nghiệm vật vào dạy học một số định luật cơ học cổ điển nói riêng và dạy học vật lí nói chung. 7.2 Đóng góp về mặt thực tiễn: - Giúp học sinh có các nhìn trực quan về tính đúng đắn của các định luật vật lí, góp phần nâng cao chất lượng dạy và học. - Góp phần nâng cao chất lượng dạy và 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 3 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. 4 CHƯƠNG 1. C ơ SỞ LÍ LUẬN CHUNG VÀ c ơ SỞ THỤC TIỄN VỀ TÍNH HIỆU QUẢ CỦA VIỆC s ử 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 nhũng 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 hiếu Galile bắt đầu quan sát để xác định rõ vấn đề cần nghiên cún, 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 phưong tiện thí nghiệm phù họp 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 nhũng điều kiện mới. Cuối cùng, điều luôn xảy ra là một thí nghiệm mới xuất hiện, cho thấy dưới những điều kiện nhất định, 5 lí thuyết đó không hẳn là một sự gần đúng tốt hay thậm chí không còn giá trị nữa. Neu 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 phưoiig 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. Neu 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”[l]. 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 họp, 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. 6 v ề 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 vào trong vật vật • o các thí nghiệm o • o dạy •t/ học • • lí trong o dạy •c/ học • • lí ở trường phổ thông 1.2.1. Mục đích của việc việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí - Giúp học sinh chiếm lĩnh kiến thức một cách chủ động, sáng tạo và hiệu quả bằng con đường thực nghiệm. - Nâng cao khả năng sáng tạo của học sinh thiết kế phương án thí nghiệm, và kĩ năng quan sát cũng như tiến hành thí nghiệm, thu thập và sử 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. 7 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: Đe xuất và tiến hành phương án thí nghiệm kiếm 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? Neu phù hợp thì giả thuyết trên trở thành một chân lý, nếu không phù họp thì phải đi xây dựng một giả thuyết mới. Giai đoạn 5: Vận dụng giả thuyết: Neu 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 họp 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, 8 sáng tạo mà còn đảm bảo cho việc phát triển tư duy thực nghiệm cho học sinh. Tuy nhiên tùy thuộc vào tùng 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 hiếu 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 cún. 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 dụng 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. Neu 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 thế 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. 9 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 kiếm 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: Ket 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. 10 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 họp yêu cầu học sinh tự lực thực hiện các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm. 1.3. Những đặc điếm, 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 11 kiến thức Vật lí được xem như những mô hình con người dụng 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 nhũng 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 ở trường phổ thông + Mục đích của việc việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí. + Rèn luyện cho học sinh nhận thức theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm. + Các biện pháp rèn luyện cho học sinh sử dụng các phương pháp thực nghiệm. Sử dụng thí nghiệm vào dạy học vật lí là một phương pháp dạy học đem lại hiểu quả cao, giúp học sinh chiếm lĩnh kiến thức một cách chủ động, sáng tạo. 12 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VỀ s ử DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT c ơ HỌC CÓ ĐIẺN VẶT 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-to’n trên đệm không khí (Thí nghiệm 1) 2.1.1.1 Mục đích thí nghiệm Nghiệm lại định luật I Niu-tơn 2.1.1.2. Dụng cụ thí nghiệm Bộ dụng cụ đệm không khí gồm: - Đệm không khí có gắn thước thẳng milimet, bơm nén khí p cùng ống dẫn, 2 xe trượt và các gia trọng, 2 máy đo thời gian hiện số, 2 đầu cảm biến quang điện hồng ngoại, chi tiết tạo va chạm mềm và va chạm đàn hồi. 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 ti và t2, bấm nút “RESET” trên 2 máy để chuyển về số “0” các chỉ thị trên “mắt” máy. Bấm nút “STAR” Trường họp 1: Khi đệm không khí đã cân bằng ta bỏ tay không giữ xe trên đệm không khí. Trường họp 2: Đẩy nhẹ xe cho xe (phía trên gắn thanh chắn ánh sáng) chạy qua 2 đầu cảm biến Đ] và Đ2. Đọc ghi thời gian chuyển động của 2 xe 13 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. 2.1.1.4 Kết quả thí nghiệm Đại lượng t2(s) tl(s) tl/t2 Lần TN 1 2 3 E(ảng 1 Theo định luật I Niu-tơn khi hợp lực tác dụng lên vật bằng 0 thì vẫn đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều. Với trường hợp 1: ta bỏ tay không giữ xe, xe luôn đúng yên không bị trôi thì định luật I Niu-tơn được nghiệm đúng một phần. Với trường hợp 2: Thời gian ti và t2 trong các lần đo mà bằng nhau hoặc xấp xỉ bằng nhau, tỉ số tị/t2 bằng 1 thì định luật I Niu-tơn được nghiệm đúng phần còn lại. 2.1.2 Thí nghiêm nghiêm luât II Niu-tơn với thiết bi O • o • •lai đinh • • • đồng 9 hồ rung (Thí nghiệm 2) 2.1.2.1 Mục đích thí nghiệm Cho HS nghiệm lại định luật II Niu-tơn bằng thiết bị đồng hồ rung. 2.1.2.2 Cở sở lí thuyết. Khi một vật chịu tác dụng của lực không đổi thì nó sẽ chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc a. Hiệu độ dời mà chúng thực hiện trong các khoảng thời gian t liên tiếp bằng nhau là: AI I — Ỉ2 —11 = AỈ2 = I3—Ỉ2 = a.t2 14 Nên độ lớn có thể xác định được theo công thức a = Àl/t2 2.1.2.3 Dụng cụ thí nghiệm - Thiết bị đồng hồ rung, máng nhôm có rãnh, các xe lăn và gia trọng, các băng giấy có kích thước 1 X 30 cm 2.1.2.4 Tiến hành thí nghiệm Trường họp 1: cố định khối lượng vật chuyển động. Giáo viên tiến hành khử ma sát đối với xe lăn trượt trên mặt phang nghiêng bằng cách xác định góc nghiêng a thỏa mãn sao cho thành phần Psina của xe lăn cân bằng với Fms (GV tiến hành trước ở nhà. Có thể để đồng hồ rung trên giá đỡ vạn năng hoặc vào hộp gỗ, dùng tấm gỗ kê nâng cao đồng 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 15 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: Khôi lương của xe: M = .......± ....... (kg); t = ..................................... (s) Lực Lân TN a= 1 2 3 1. h I3 Itb mm mm mm mm mm mm mm F ,= f2= F3 = Bảng 2 16 Al/t2 a= atb a atb+Aa (m/s2) Lập thương số: ai/a2 và a]/a3 Ket luận: Độ lớn gia tốc tỉ luận thuận với độ lớn lực tác dụng. 2.1.3 Thí nghiệm nghiệm lại định luật o • o • • • • bảo toàn động • o lượng • ơ N(Thí nghiệm o • 3) 2.1.3.1 Mục đích - Nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng. 2.1.3.2 Cơ sở lí thuyết “ Tổng động lượng của hệ cô lập được bảo toàn /7 p = ^ ^ m . v 7. = (2.1) c ơ r r s t i= \ - Xét hệ hai vật có khối lượng m 1, m2 cùng chuyển động trên một đường thắng với vận tốc lần lượt là Vị và v2 như hình 2: í m' O 0 v2 — »______________________________________________ * X Hình 2 Trường họp 1: Giả sử va chạm là xuyên tâm và hoàn toàn đàn hồi, bỏ qua ma sát giữa các vật với mặt phang ngang. Sau va chạm hai vật chuyển động với vận tốc Vị và v 2có trị số khác nhau. Theo định luật bảo toàn động lượng ta có: m xV, + m 2 v 2 = ra, V 1 + m 2 v 2 (2.2) Chiếu phương trình (2) lên Ox ta có: ( 2 .3) rri]V] + m2v2 = mj V] ’ + m2 V2 ’ Neu ĨYI] - m2 = m thì (2.3) trở thành : 17 Vj + v2 = Vị ’ + v2’ (2.4) Neu quy ước chiều dương là chiều của vật ra/ ta có: V/ - v2 = v 2 ’ - V l=^ V/ + V/ ị (2 .5) ’ = V2 + V2 ( 2 .6 ) Nếu gọi ti và ti’ là khoảng thời gian vật 1 đi được cùng một khoảng cách / trước và sau va chạm thì: V/ = ưti; v'/ = ƯÍ2 tương tự đối với vật 2: v2 = l/t2; V 2 = ///2 l l Ta suy r a :— + íị í| l l 1 1 ---- 1----_£ A p, + A Pi = 0 Gọi p = Pị + p2, biến thiên động lượng của hệ bằng 0 nghĩa là động lượng của hệ không đổi. p = P\ + Pi= không đổi => Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập: Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn. Biểu thức: 7> = X m ivi = c o n st i= \ Tìm hiểu định luật bảo toàn động lượng trong trường họp va chạm mềm: Xét hệ (mị; m2) là hệ cô lập, vật khối lượng mị chuyến động trên mặt 41 phẳng nằm ngang nhẵn với vận tốc V 1 đến va chạm với vật m2 đang nằm yên, sau va chạm 2 vật nhập làm 1 và cùng chuyển động với vận tốc V ta có: m , V, 2 m 1 V 1 = (mị + m2) V suy ra V = ----- -----m, + m Tiến hành nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng bằng thí nghiêm 3 được trình bày ở mục 2.2.3 Cuối cùng là tìm hiểu về chuyển động bằng phản lực trong một số trường hợp và nguyên tắc chuyển động bằng phản lực của tên lửa: Ban đầu tên lửa đúng yên, động lượng ban đầu bằng không. Khi phóng tên lửa, khối khí m phụt ra phía sau với vận tốc V thì tên khối lượng M chuyển động với vận tốc V . Động lượng của hệ lúc đó là: m V + M V Nếu tên lửa là hê cô lâp thì: m V + M V = 0 hay V = -— V M Thiết kế hoạt động dạy học vật tí 1. Mục tiêu dạy học Mục tiêu về kiến thức - Phát biểu được định nghĩa xung lượng của lực, nêu được đơn vị đo xung lượng của lực. - Phát biểu và hiếu được định nghĩa động lượng, nêu được động lượng là một vectơ cùng hướng với vận tốc và đon vị của động lượng và nêu được hệ quả: lực với cường độ đủ mạnh tác dụng lên vật trong một khoảng thời gian hữu hạn có thể làm cho động lượng của vật biến thiên. - Từ định luật II Niu-tơn suy ra được định lý biến thiên động lượng. - Nêu được khái niệm về hệ cô lập và lấy được ví dụ về hệ cô lập. - Phát biểu được định luật bảo toàn động lượng đối với hệ cô lập - Viết được biểu thức của định luật bảo toàn động lượng đối với hệ gồm hai vật trong trường hợp va chạm mềm. 42 Mục tiêu về kĩ năng - Vận dụng cách phát biểu thứ hai của định luật II Niu-tơn và định luật bào toàn động lượng để giải các bài tập trong SGK. - Giải thích được các hiện tượng trong đời sống thường ngày liên quan tới bài học. Mục tiêu về thái độ - Rèn luyện ý thức tự giác, chủ động trong học tập, nghiêm túc, hăng hái xây dựng bài. 2. Chuẩn bị Giáo viên: - Các hình ảnh minh họa cho việc tìm hiểu khái niệm xung lượng của lực. - Bộ dụng cụ thí nghiệm để tiến hành thí nghiệm 3. Học sinh - Ôn lại các công thức tính gia tốc, định luật II, III Niu-tơn 3. Tiến trình dạy học (2 tiết) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 1: Giới thiệu khái quát về chưong các định luật bảo toàn và đặt vấn đề vào bài mói. - Giới thiệu đôi nét các định luật bảo toàn cơ bản của cơ học và ý nghĩa của các định luật. Tiếp thu. - Ta thấy cái diều và tên lửa đều có thể bay được lên cao, nguyên nhân nào khiến chiing bay được và nguyên tắc hoạt động của chúng là gì? 43 Chúng ta sẽ sẽ biêt được điêu đó trong bài học hôm nay. Hoạt động 2: Tìm hỉêu khái niệm xung lượng của lực. - Ôn lại kiến thức cũ: công thức tính Định luật II Niu-tơn: gia tốc, định luật II, III Niu-tơn? ĩt = mữn = m V2“ ^ At Định luật III Niu-tơn: - Nhận xét câu trả lời của HS ^AB = ■^BA - Tìm ví dụ về vật chịu tác dụng lực trong thời gian ngắn Trong từng ví dụ đó, lực có gây ra cho vật biến đối gì không? Ví dụ: - Cầu thủ sút mạnh vào quả bóng đang đứng yên sau đó quá bong chuyển động bay vút đi. - Quả cầu lông đang chuyển động đập vào mặt vợt thì đổi hướng chuyến Có nhận xét gì về hiện tượng xảy ra động. với vật nếu lực có độ lớn đáng kể tác dụng vào vật trong một thời gian ngắn? Neu lực có độ lớn đáng kế tác dụng vào vật trong một thời gian ngắn, có thể gây ra biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật. Dần dắt đưa ra khái niệm xung của lực F trong khoảng thời gian At: F .Àt, với giả thiết: Lực F không đổi trong khoảng thời 44 gian tác dụng At Tỉêp thu Đơn vị xung lượng của lực? Niu-tơn giây (kí hiệu N.s) Hoạt động 3: Tìm hiểu khái niệm động lượng, định lí biến thiên động lượng và ý nghĩa của nó. Tác dụng của xung lượng của lực có thể giải thích dựa vào đâu? Và giải thích nó như thế nào? Dựa vào định luật II Niu-tơn. Giả sử lực F không đổi tác dụng lên vật khối lượng m chuyển động với vận tốc V 1 , trong khoảng thời gian At vận tốc vật biến đổi thành ^2 nghĩa là , V,-Vj vât có gia tôc ã = At Theo định luật II Niu-tơn: F = m ữ v2 -V, ■=> F —mũ —m At vế trái biểu thức trên là độ biên thiên Suy ra: m)\ - mV\ = F .At của đại lượng p = mv và p được gọi Tiếp thu. là động lượng của vật. Khái niệm động lượng của một vật? ( 1) động lượng của một vật có khối lượng m chuyển động với vận tốc V được xác định bằng công thức: p = mv - Đơn vị: kg.m/s Chứng minh rằng đơn vị của động lượng có thể tĩnh ra bằng Niu-tơn giây? IN = lkg.m/s2 45 Kg.m/s = (kg.m/s2).s = N.s Dựa vào biểu thức (1) cho biết độ biến thiên động lượng được xác định như thế nào? Từ ( 1 ) có: : mV2 - mV\ = F .Àt Suy ra: P2- P\ = A p = A F .At Có kết luận gì về độ biến thiên động - Độ biến thiên động ỉưọng của một lượng? vật trong khoảng thời gian nào đó bằng xung ỉượng của tong các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian Thông báo nội dung định luật biến đó. thiên động lượng hay chính là một cách diễn đạt khác của định luật II Niu-tơn. - Ý nghĩa của định luật biến thiên - Ỷ nghĩa: nếu lực tác dụng lên vật đủ động lượng? mạnh trong một khoảng thời gian hữu hạn có thế gây ra biến thiên động lượng. Hoạt động 4: Xây dựng định luật bảo toàn động ỉượng của hệ cô lập. - Khái niệm hệ cô lập? Một hệ nhiều vật được gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau. - Trong trường hợp hệ cô lập có hai vật nhỏ tương tác với nhau qua các nội lực Fị và ĩ 2 trực đối nhau. Theo định luật II Niu-tơn F]và Fĩ có quan hệ như thế nào? F A Pị + A p2 =0 Gọi p = P\ + P ĩ , biến thiên động lượng của hệ bằng 0 nghĩa là động lượng của hệ không đổi. p = Pị + p2= không đổi => Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập: Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn. Đính luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập? Biểu thức: ____ _ /7 ____ ^ F* = ^ rTTị V i= 1 = cơ rxst - Bài toán: Xét hệ {mi; m2) là hệ cô lập, vật khối lượng IĨ1| chuyển động trên mặt phang nằm ngang nhẵn với vận tốc V 1 đến va chạm với vật m2 đang nằm yên, sau va chạm 2 vật nhập làm 1 và cùng chuyển động với vận tốc V ta có: mi V \ = (mi + m2) V suy ra v = m 'v' m, + m 2 Hoat đông 5: Xây% f dưng đinh luât • • o • o • • bảo toàn động lượng trong trường họp va chạm mềm. - Thế nào là va chạm mềm? Là va chạm mà sau khi hệ vật va chạm 47 với nhau, chúng kêt dính với nhau và nhập làm một, chuyển động với cùng - Bài toán: Xét hệ {mị; m2} là hệ cô lập, vật khối lượng mi chuyển động trên mặt phang nằm ngang nhẵn với vận tốc. vận tốc V 1 đến va chạm với vật m2 đang nằm yên, sau va chạm 2 vật nhập làm 1 và cùng chuyển động với vận tốc V theo định luật bảo toàn động lương ta có điều gì? Ta có điều gì? m 1 V 1 = (mi + m2) V suy ra V= ra, V, /77, + m 2 Hoạt động 6: Tiên hành thí nghiệm 3 nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng. Yêu cầu HS đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra định luật bảo toàn động lượng? Trả lời Nhận xét câu trả lời của HS. Giới thiệu về thí nghiêm 3 cho HS và tiến hành thí nghiệm 3 cho HS quan sát. Quan sát, ghi kết quả thí nghiệm và sử lí kết quả thí nghiệm. Ket quả thí nghiệm: định luật bảo toàn động lượng được nghiệm đúng trong phạm vi sai số cho phép. Yêu cầu HS phát biểu lại nội dung định luật bảo toàn động lượng. Trả lừi 48 Hoạt động 7: Tìm hiêu vê chuyên động bằng phản lực. Nêu một số thiết bị, máy móc hoạt động bằng động cơ phản lực mà em đã tùng nghe đến? Tàu vũ trụ, tên lửa, máy bay... Nhắc lại câu hỏi ở phần mở đầu bài: Ta thấy cái diều và tên lửa đều có thể bay được lên cao, nguyên nhân nào -Diều bay lên được là nhờ có không khiến chúng bay được và nguyên tắc khí đã tạo ra lực nâng tác dụng lên hoạt động của chúng là gì? diều. - Dựa vào định luật bảo toàn động lượng, hãy nêu lên nguyên lí hoạt động của tên lửa, các con tàu vũ trụ? Ban đầu tên lửa đứng yên, động lượng của hệ tên lửa ban đầu bằng không. Khi phóng tên lửa, khối khí m phụt ra phía sau vói vận tốc V thì tên khối lượng M chuyển động với vận tốc V . Động lượng của hệ lúc đó là: (m V + Biểu thức V = -— V cho ta biết M V ) M điều gì về hướng chuyển động của Nếu tên lửa là hệ cô lập thì: m V + tên lửa? M V = 0 hay V = - — V y M Giải thích hiện tượng súng giật khi Cho biết V ngược hướng với bắn? V, nghĩa là tên lửa bay lên phía trước ngược hướng với hướng khí phụt ra. Trả lời. Hoạt động 8: Củng cố bài học, giao 49 nhiệm vụ về nhà. Yêu cầu HS làm bài tập 6, bài tập 7 trong SGK, đại diện lên chữa bài Bài 6: Đáp án D Bài 7: Lg: Chọn chiều dương là chiều chuyển động, vận tốc tăng suy ra vận tốc cùng chiều gia tốc là lực tác dụng. Gia tốc của vật: a = (v2-vị)/ti = (7-3)/4 = 1 (m/s2) Vận tốc vật sau 3s nữa là: V = v2 + at2 = 7 + 1.3 = 10 (m/s) động lượng của vật ngay sau đó 3s là: p = mv = 2.10 = 20 (kg.m/s) Giao nhiệm vụ về nhà: Đáp án c - Làm hết bài tập còn lại trong SGK - Đọc trước bài 24 Công và công Nhận nhiệm vụ. suất. ------ -------------------7------------------------------------------------------------------------------ Dự kiên nội dung ghi bảng Chương 4: Các định luật bảo toàn Bài 23: Động lượng Định luật bảo toàn động lượng. I. Động lượng 1. Xung lượng của lực a) Ví dụ - Cầu thủ sút mạnh vào quả bóng đang đứng yên sau đó quá bong chuyển động bay vút đi... b) Xung lượng của lực - Khái niệm xung lượng của lực F trong khoảng thời gian Àt: F .At 50 Đơn vị xung lượng của lực: N.s 2. Động lượng a) Tác dụng của xung lượng , -* V,-Vj Gia tôc ữ = At Theo định luật II Niu-tơn: F = mũ = V2_V1 ^ m 7Suy ra: m v2 -m V|= F .At At b) Động lượng - Khái niệm: động lượng của một vật có khối lượng m chuyên động với vận tốc V được xác định bằng công thức: p = mv - Đơn vị: kg.m/s c) Định luật biến thiên động lượng (cách diễn dạt khác của định luật II Niu-tơn) - Độ biến thiền động lượỉĩg của một vật trong khoảng thời gian nào đó bang xung ỉưọng của tỏng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó. - Biểu thức: P2- Pj = Ap = A F .At - Ỷ nghĩa: nếu lực tác dụng lên vật đủ mạnhtrong một khoảng hũu hạn có thể gây ra biến thiên động lượng. thời gian II. Định luật bảo toàn động lượng 1. Hệ cô lập - Hệ cô lập: Một hệ nhiều vật được gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau. 2. Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập: Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn. 51 Biểu thức: ^ ^ /77, x^ẳ = /= 1 cc^T T St 3. Va chạm mềm Xét hệ {mi; m2) là hệ cô lập, vật khối lượng mị! vận tốc V 1 đến va chạm với vật m2 đang nằm yên, sau va chạm 2 vật nhập làm 1 và cùng chuyển động với vận tốc V ta có: - — - r a , V, m / V 1 = (m / + m2) V suy ra V = ------------- m x+ m 2 4. Chuyển động bằng phản lực Ví dụ: chuyển động bay của diều, chuyển động của các tên lửa, tàu vũ trụ... Nguyên tắc chuyển động bằng phản lực của tên lửa: Ban đầu tên lửa đứng yên, động lượng của hệ tên lửa bằng không. Khi phóng tên lửa, khối khí m phụt ra phía sau với vận tốc V thì tên khối lượng M chuyển động với vận tốc V . Động lượng của hệ lúc đó là: m V + MV Nếu tên lửa là hê cô lâp thì: m V + M V = 0 hay V = V F M V ngược hướng với V , tên lửa bay trước ngược hướng với hướng khí phụt ra. 52 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Trong chương này chúng tôi đã trình bày Nội dung về sử dụng thí nghiệm trong dạy học một số định luật cơ học cổ điển vật lí 10 THPT bao gồm những nội dung sau: - Những đặc điếm, yêu cầu mới của chương trình vật lí phổ thông - Một số thí nghiệm có thể sử dụng trong dạy học Vật lí 10 THPT + Thí nghiệm khảo sát định luật I Niu-tơn trên đệm không khí (Thí nghiệm 1) + Thí nghiệm nghiệm lại định luật II Niu-tơn với thiết bị đồng hồ rung (Thí nghiệm ]) + Thí nghiêm nghiệm lại định luật bảo toàn động ỉưọng (Thí nghiêm 4) + Thí nghiệm với máng nghiêng của Galỉle (Thí nghiêm 4) trình bày ở phần phụ lục. - Thiết kế tiến trình dạy học một số định luật cơ học cổ điển trong SGK vật lí 10: + Tiến trình dạy học bài “Định luật I Niu-tơn” SGK Vật lí 10 Nâng cao + Tiến trình dạy học bài “Định luật II Niu-tơn” SGK Vật lí 10 Nâng cao. + Tiến trình dạy học bài “Động lượng Định luật bảo toàn động lượng” SGK Vật lí 10. 53 CHƯƠNG 3: DỤ KIẾN THỤC NGHIỆM s ư PHẠM Do hạn chế về mặt thời gian nên chúng tôi chỉ đề xuất phương án thực nghiệm sư phạm với nội dung như sau: 3.1. Mục đích của TNSP Kiểm tra tính hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm vào dạy học một số định luật cơ học cổ điển trong chương trình vật lí 10. 3.2. Nhiệm vụ của TNSP Tiến hành làm nhiều lần các thí nghiệm từ thí nghiệm 1 đến thí nghiệm 4 đã trình bày ở chương 2 trên phòng thí nghiệm để tạo điều kiện thuận lợi nhất cho việc tiến hành thí nghiệm biếu diễn trên lóp khi giảng dạy. Tiến hành dạy thử ba bài: 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 theo 3 giáo án đã trình bày ở chương 2. 3.3. Đối tượng thực nghiệm Học sinh lớp 10. 3.4. Tiến hành thực nghiệm 3.4.1. Chuẩn bị TNSP 3.4.1.1. Chọn giáo viên tiến hành TNSP Giáo viên dạy thực nghiệm là nhưng GV có chuyên môn giỏi, nghiệp vụ sư phạm vũng vàng 3.4.1.2 Chọn lớp TNSP Tiến hành TNSP đối với học sinh lớp 10 THPT với hai lóp thực nghiệm và hai lóp đối chứng. Để đảm bảo tính khách quan, lớp thực nghiệm và lớp đối chứng được chọn có chất lượng học sinh tương đương nhau. 3.4.1.3 Phương pháp THSP 54 Ớ lớp thực nghiệm GV cộng tác giảng dạy theo phương án dạy học đã soạn trong các giáo án mà người thực hiện đề tài đã đưa ra và đảm bảo đầy đủ các điều kiện và phương tiện dạy học cần thiết. Ở lóp đối chứng GV cộng tác giảng dạy theo cách mà họ vẫn thường sử dụng. Dự giờ quan sát hoạt động của GV và HS trên lóp, trao đổi với GV cộng tác, phân tích kết quả TNSP thu được một cách khách quan. Tổ chức cho lớp thực nghiệm và lóp đối chúng cùng làm một bìa kiếm tra có kiến thức nằm trong các bài tiến hành TNSP mà người thực hiện đề tài chuẩn bị sau khi việc tiến hành giảng dạy kết thức một tuần để đánh giá kết quả học tập. Trao đổi với học sinh sau mỗi tiết học để rứt ra những kết luận về đề tài nghiên cún. 3.4.1.4 Thời gian TNSP Tháng 11 học kì 1 và tháng 1 đầu học kì 2 của HS lóp 10. 3.4.2. Tiến hành THSP - Việc TNSP tiến hành theo phân phối chương trình của trường THPT. - Lớp chọn để thực nghiệm và đối chứng có đặc điểm và chất lượng học tập tương đương nhau. - Giáo viên cộng tác tiến hành giảng dạy cả ở lớp thực nghiệm và lớp đối chứng theo như nội dung ở mục 3.4.1.3 Phương pháp THSP - Người thực hiện đề tài dự giờ ở cả hai lóp thực nghiệm và hai lóp đối chứng, sau mỗi tiết dạy và sau khi kết thúc đợt TNSP tổ chức trao đổi và rút kinh nghiệm cùng giáo viên cộng tác. 3.5. Phân tích kết quả TNSP 3.5.1 Phân tích định tính - Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ở hai lớp đối chứng và hai lớp thực nghiệm dựa trên các chỉ tiêu sau: 55 + Nhanh chóng phát hiện ra vấn đề, và sang tạo trong việc đưa ra phương án giải quyết vấn đề để tìm ra kiến thức mới và phương án kiểm nghiệm tính đúng đắn của kiến thức mới. + Hứng thú với bài giảng, hăng hái tham gia xây dựng bài, có hiệu quả cao trong từng hoạt động của học sinh dưới sự tổ chức của giáo viên. + Hoàn thành công việc theo từng dự kiến đã đặt ra cho mỗi bì giảng + Nhớ kiến thức lâu, tin vào tính đúng đắn khách quan của kiến thức. 3.5.2 Phân tích định lượng - Việc phân tích định lượng kết quả TNSP dựa vào kết quả bài kiểm tra 15 phút và 45 phút về nội dung kiến thức HS đã được học trong quá trình TNSP. Qua những kết quả phân tích trên sẽ khẳng định được tính khả thi của đề tài và hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm vào trong dạy học vật lí nhằm nâng cao chất lượng dạy và học vật lí ở trường THPT. 56 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 Trong chương 3 này chúng tôi đã trình bày dự kiến thực nghiệm sư phạm với những nội dung sau: - Mục đích của TNSP - Nhiệm vụ của TNSP - Đối tượng thực nghiệm - Tiến hành thực nghiệm - Phân tích kết quả TNSP Vì điều kiện chưa thuận lợi nên việc tiến hành TNSP của chúng tôi chưa được thực hiện nhưng chúng tôi tin rằng kết quả thực nghiệm sẽ khắng định giả thuyết khoa học của đề tài là 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 quá trình chiếm lĩnh kiến thức của học sinh theo hướng tích cực, chủ động, sáng tạo. 57 KÉT LUẬN CHUNG Sau khi hoàn thành xong phần nội dung của đề tài, đối chiếu với mục đích và nhiệm vụ nghiên cún của đề tài về cơ bản đã hoàn thành được các nhiệm vụ đặt ra: 1. Nghiên cún lí luận về phương pháp thực nghiệm trong dạy học. 2. Điều tra thực trạng dạy học vật lí có sử dụng thí nghiệm ở trường phổ thông. 3. Thiết kế các bài giảng về một số định luật cơ học cổ điển có sử dụng thí nghiệm. 4. Dự kiến thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của tiến trình đã xây dựng. Mặc dù chưa có điều kiện tiến hành TNSP nhưng chúng tôi tin tưởng rằng với hệ thống các thí nghiệm được đưa vào bài giảng vật lí chúng tôi đã lựa chọn sẽ đem lại hiệu quả tốt trong việc nâng cao chất lượng dạy học một số định luật cơ học cổ điển mà chúng tôi đã trình bày. 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 bộ môn vật lí ở trường phổ. 58 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bách khoa toàn thư (2005). NXB Từ điển Bách khoa Hà Nội. 2. Lương Duyên Bình (chủ biên) (2013). Vật lí 10, NXB Giáo dục Việt Nam. 3. Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên), Phạm Quý Tư, Lương Tất Đạt, Lê Chân Hùng, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Đình Thiết, Bùi Trọng Tuấn, Lê Trọng Tường (2006). Vật lí 10 - Nâng cao, NXB Giáo dục Việt Nam. 4. Nguyễn Văn Khải (chủ biên ) (2013). Lí luận dạy học vật lí ở trường phổ thông, 7, NXB Giáo dục 5. Nguyễn Đức Thâm (chủ biên) (2003). Phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông, NXB ĐHSP Hà Nội. 6. Tạ Trung Kiên (2011). Phưong pháp dạy học vật lí ở trường THCS_báo cáo khoa học. 7. Tổ Phương pháp dạy học - Khoa Vật lý - Trường ĐHSP Hà Nội 2 (2012). Thực hành vật lí phố thông. 8. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (2001). Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lý ở trường pho thông, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội. 9. Phạm Hữu Tòng (2004). Dạy học vật lý ở trường phố thông theo định hướng phất triền hoạt động học tích cực, tự chủ sáng tạo và tư duy khoa học, NXB Đại học Sư phạm Hà Nội. 59 PHỤ LỤC 1. Thí nghiệm vói máng nghiêng của Galile (Thí nghiệm 4) Mục đích thí nghiệm Chỉ cho học sinh thấy rằng, để duy trì chuyển động không cần thiết phải có lực tác dụng và nguyên làm cho vật chuyển động chậm dần rồi dừng lại là do ma sát. Dụng cụ thí nghiệm - Hệ thống 2 máng nghiêng ghép với nhau (như máng nước, máng nghiêng 1 cố định góc nghiêng, máng nghiêng 2 có góc nghiêng a có thể thay đổi được) - Một viên bi sắt - Một vài viên sỏi nhỏ để tạo bề mặt gồ ghề cho máng nghiêng Tiến hành thí nghiệm Thả viên bi từ một vị trí cố định trên máng nghiêng 1 có độ cao h xác định so với mặt phang ngang đi qua chân máng nghiêng như hình 4 và quan sát chuyển động của viên bi trên máng nghiêng 2 trong các trường họp sau đây có gì giống và khác nhau. Hình 4 Trường hợp 1: Điều chỉnh cho máng nghiêng 2 có góc nghiêng a so với phương ngang khoảng 40° Trường họp 2: vẫn tiến hành thả viên bi như trường họp 1 nhưng giảm góc nghiêng của máng nghiêng 2 với mặt phẳng ngang (khoảng 20°- 30°). Trường hợp 3: vẫn tiến hành thí nghiệm trên với máng nghiêng 2 đặt nằm ngang. Trường hợp 4: vẫn tiến hành thí nghiệm trên với máng nghiêng 2 đặt nằm ngang và ta dải những viên sỏi nhỏ trên máng nghiêng 2 làm tăng độ nhám độ gồ ghề cho máng nghiêng 2. Kết quả thí nghiệm Trường hợp 1: Viên bi lăn xuống chân máng nghiêng 1 rồi lăn ngược lên trên máng nghiêng 2, và đạt được độ cao gần bằng độ cao ban đầu thả rồi lại lăn xuống dưới chân máng nghiêng 2 . Trường họp 2: Viên bi cũng lăn xuống chân máng nghiêng 1 rồi lăn ngược lên trên máng nghiêng 2, nhung đạt được độ cao thấp hon trường họp 1 và đi được quãng đường trên máng nghiêng 2 dài hơn trường hợp 1 . Trường hợp 3: Viên bi đi được trên máng nghiêng 2 quãng đường dài hon hẳn 2 trường họp trước rồi mới dừng lại. Trường hợp 4: Viên bi đi được trên máng nghiêng 2 với quãng đường ngắn và dừng lại nhanh trên máng nghiêng 2 . 3. Điều tra thực trạng dạy học yật lí có sử dụng thí nghiệm ở trường phổ thông. Trong quá trình tìm hiểu việc dạy học có sử dụng thí nghiệm ở trường THPT, chúng tôi tiến hành hỏi các thầy cô về việc dạy học vật lí có sử dụng thí nghiệm tôi và các bạn của tôi thu được kết quả như sau: Bảng 1: Hỏi một số giáo viên đang dạy vật lí tại các trường THPT. Trường (Sô GV vật lí) Mức độ sử dụng thí nghiệm trong dạy học Thường xuyên Thi thoảng Hiêm khi Chưa bao giờ [...]... 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 ở trường phổ thông + Mục đích của việc việc sử dụng các thí nghiệm vào. .. vào trong dạy học vật lí + Rèn luyện cho học sinh nhận thức theo các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm + Các biện pháp rèn luyện cho học sinh sử dụng các phương pháp thực nghiệm Sử dụng thí nghiệm vào dạy học vật lí là một phương pháp dạy học đem lại hiểu quả cao, giúp học sinh chiếm lĩnh kiến thức một cách chủ động, sáng tạo 12 CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VỀ s ử DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ ĐỊNH... kiến thức của mình 1.2 Sử dụng vào trong vật vật • o các thí nghiệm o • o dạy •t/ học • • lí trong o dạy •c/ học • • lí ở trường phổ thông 1.2.1 Mục đích của việc việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí - Giúp học sinh chiếm lĩnh kiến thức một cách chủ động, sáng tạo và hiệu quả bằng con đường thực nghiệm - Nâng cao khả năng sáng tạo của học sinh thiết kế phương án thí nghiệm, và kĩ năng quan... 2 NỘI DUNG VỀ s ử DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT c ơ HỌC CÓ ĐIẺN VẶT 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-to’n trên đệm không khí (Thí nghiệm 1) 2.1.1.1 Mục đích thí nghiệm Nghiệm lại định luật I Niu-tơn 2.1.1.2 Dụng cụ thí nghiệm Bộ dụng cụ đệm không khí gồm: - Đệm không khí có gắn thước thẳng milimet,...CHƯƠNG 1 C ơ SỞ LÍ LUẬN CHUNG VÀ c ơ SỞ THỤC TIỄN VỀ TÍNH HIỆU QUẢ CỦA VIỆC s ử 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... coi là một định luật Vật lý chính xác”[l] 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 họp, rất sáng tạo”[6] Trong. .. sách giáo khoa và trong thực tiễn đời sống 6 v ề 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... 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 kiếm 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,... chất của mọi vật có xu hướng bảo toàn vận tốc cả về hướng và độ lớn Kết luận: định luật I niu-tơn là định luật quán tĩnh, và chuyển động thẳng đều được gọi là chuyển động theo quán tính 2.2.2 Tiến trình dạy học bài Định luật II Niu-tơn” SGK Vật lí 10 Nâng cao Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức 28 Quan sát hiện tượng vật lí Đưa ra suy luận định tính: Gia tốc của vật phụ thuộc vào khối lượng vật và lưc... càng khó (cần lực tác dụng lớn) ■=> Vạch ra đặc điểm định tính: Gia tốc của vật phụ thuộc vào lực tác dụng vào vật và khối lượng của vật Khái quát hóa rất nhiều quan sát và thí nghiệm Niu-tơn đã xác định được mối quan hệ giữa lực tác dụng, khối lượng vật, gia tốc mà vật thu được, nêu nên thành ĐL II Niu-tơn: Nội dung định luật: Gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng lên vật Độ lớn của vectơ ... dụng thí nghiệm vào dạy hoc vật lí Chương Nội dung sử dụng thí nghiệm vào dạy học số định luật học cổ điển vật lí 10 THPT (khi dạy học bài: VẬT LÍ 10 THPT + Định luật I Niu-tơn” SGK Vật lí 10 nâng... tài sử dụng thí nghiệm vào dạy học số định luật học cổ điển Đóng góp đề tài 7.1 Đóng góp mặt lí luận: Cho thấy tầm quan trọng việc sử dụng thí nghiệm vật vào dạy học số định luật học cổ điển. .. trình vật lí phổ thông 11 CHƯƠNG NỘI DƯNG VỀ s DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT c HỌC CÒ ĐIỂN VẬT LÍ 10 THPT 13 2.1 Một số thí nghiệm sủ dụng dạy học Vật lí 10 THPT 13 2.1.1 Thí