Vai trò, chức năng của bài tập vật lí trong dạy học Trong quá trình dạy học vật lí, các bài tập vật lí có vai trò và chức năng quan trọng đặc biệt, chúng được sử dụng theo những
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
VŨ CÔNG QUÁT
RÈN LUYỆN KĨ NĂNG GIẢI BÀI TẬP CHO HỌC SINH
TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU”
VẬT LÍ LỚP 12 BAN CƠ BẢN TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành công trình nghiên cứu này, ngoài sự nỗ lực của mình, tôi đãnhận được rất nhiều sự ủng hộ, động viên và giúp đỡ của người thân, thầy cô vàbạn bè, đồng nghiệp…
Tôi xin trân trọng cảm ơn tới:
- Gia đình, những người thân đã động viên và giúp đỡ tôi về mọi mặt trong
quá trình học tập và nghiên cứu đề tài
- Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH THƯỚC.
- Khoa Vật lí và Tổ bộ môn PPGD Vật lí của trường Đại học Vinh
- Ban giám hiệu, quý thầy cô giáo và các em học sinh trường THPT
TRƯỜNG CHINH, quý thầy cô Tổ Vật lí đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi vừahọc tập vừa nghiên cứu, thực hiện đề tài này
Với tất cả lòng biết ơn sâu sắc của mình, một lần nữa tôi xin chúc mọi ngườiluôn mạnh khỏe, hạnh phúc và thành công
TPHCM, tháng 7 năm 2013
Tác giả VŨ CÔNG QUÁT
DANH MỤC VIẾT TẮT
Trang 3Viết tắt Cụm từ
BTVL Bài tập vật lí
BTĐL Bài tập định lượng BTĐT Bài tập định tính
DHVL Dạy học Vật lí
PPDH Phương pháp dạy học SBTVL Sách bài tập Vật lí
SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thông
TNKQ Trắc nghiệm khách quan TNSP Thực nghiệm sư phạm
MỤC LỤC
Trang
1.1 Bài tập vật lí 01
1.1.1 Khái niệm về bài tập vật lí 01
1.1.2 Vai trò, chức năng của bài tập vật lí trong dạy học 01
1.1.3 Phân loại bài tập vật lí 03
1.2 Giải bài tập vật lí 11
Trang 41.2.1 Chiến lược giải bài tập vật lí 11
1.2.2 Cơ sở định hướng việc hướng dẫn HS giải BTVL 13
1.3 Khái niệm kĩ năng, kĩ năng giải bài tập vật lí 15
1.4 Những biện pháp rèn luyện kĩ năng giải bài tập 16
1.5 Thực trạng rèn luyện kĩ năng giải bài tập vật lí ở THPT 25
1.5.1 Giải toán vật lí để làm gì 25
1.5.2 Thực trạng giải toán vật lí 26
Kết luận chương 1 28
Chương 2 THIẾT KẾ TIẾN TÌNH DẠY HỌC, RÈN LUYỆN KĨ NĂNG GIẢI BÀI TẬP VỀ “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” 29
2.1 Mục tiêu dạy học của chương “Dòng dòng điện xoay chiều” Vật lí ban cơ bản 29
2.1.1 Mục tiêu của chương “Dòng dòng điện xoay chiều” 29
2.1.2.Những nội dung kiến thức cơ bản HS cần phải nắm vững chương “Dòng dòng điện xoay chiều” 29
2.2 Sơ đồ cấu trúc lôgic nội dung dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” .36
2.3 Phân loại bài tập cơ bản của chương “Dòng điện xoay chiều” 37
2.3.1 Phần I: Hệ thống bài tập câu hỏi là dạng bài tập định tính 37
2.3.2 Phần II: Hệ thống bài tập câu hỏi là dạng bài tập đồ thị (Phụ lục 1) 41
2.3.3 Phần III: Hệ thống bài tập tự luận định lượng 41
2.3.4 Phần IV: Hệ thống bài tập câu hỏi trắc nghiệm khách quan -Phụ lục 2 61
2.4 Xây dựng tiến trình dạy học một số tiết bài tập 61
2.4.1 Giáo án tiết 22 bài tập “ vận dụng các kiến thức về dòng điện xoay chiều” 61
2.4.2 Giáo án tiết 26 bài tập “tính các giá trị: Z; U; I và viết biểu thức u; i” 66
2.4.3 Giáo án tiết 29 bài tập “công suất hệ số công suất” 72
Trang 52.4.4 Giáo án tiết 31 bài tập “về máy biến áp, máy phát điện,
động cơ điện” 76
Kết luận chương 2 80
Chương 3 Thực nghiệm sư phạm 81
3.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm 81
3.2 Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 81
3.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 81
3.4 Phương pháp tiến hành thực nghiệm sư phạm 82
3.5 Nội dung thực nghiệm sư phạm 82
3.6 Đánh giá kết quả thực nghiệm 82
3.6.1 Lựa chọn tiêu chí đánh giá 82
3.6.2 Đánh giá định tính 83
3.6.3 Phân tích định lượng 84
3.6.4 Phân tích kết quả thực nghiệm 88
Kết luận chương 3 89
Kết luận 90
Tài liệu tham khảo 91 Phụ lục
Trang 6NỘI DUNG Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Bài tập vật lí
1.1.1 Khái niệm về bài tập vật lí
Trong thực tế dạy học, người ta thường gọi một vấn đề không lớn, được giảiquyết nhờ những suy luận lôgic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở cácđịnh luật và các phương pháp vật lí, vấn đề đó gọi là bài tập vật lí Hiểu theo nghĩarộng thì mỗi một vấn đề xuất hiện trong nghiên cứu tài liệu giáo khoa cũng chính
là một bài tập đối với học sinh Sự tư duy định hướng một cách tích cực luôn luôn
là việc giải bài tập
1.1.2 Vai trò, chức năng của bài tập vật lí trong dạy học
Trong quá trình dạy học vật lí, các bài tập vật lí có vai trò và chức năng quan
trọng đặc biệt, chúng được sử dụng theo những mục đích khác nhau:
- Bài tập vật lí có thể được sử dụng như là phương tiện nghiên cứu tài liệu mới
Bài tập tạo ra tình huống có vấn đề để bước vào dạy bài học mới
Ví dụ để dạy bài Phản xạ toàn phần, ta có thể dùng bài tập sau: "Chiếu một tiasáng từ nước ra ngoài không khí Tính góc khúc xạ, biết góc tới bằng: a/ 300 ; b/
450; c/ 600 Chiết suất của nước là 4/3" Trong trường hợp a/ và b/ HS tính được
góc khúc xạ còn trường hợp c/ áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng lúc này xuấthiện mâu thuẫn, tình huống "có vấn đề" xuất hiện
Bài tập có thể là điểm khởi đầu dẫn dắt đến kiến thức mới
Khi đã có trình độ toán học, nhiều khi các bài tập được sử dụng khéo léo có thểdẫn HS đến những suy nghĩ về một hiện tượng mới hoặc xây dựng một khái niệmmới để giải thích hiện tượng mới do bài tập phát hiện ra Ví dụ: trong khi vận dụngđịnh luật thứ ba của Newton để giải bài toán hai vật tương tác, có thể thấy một đạilượng luôn không đổi là tổng các tích m.v của hai vật trước và sau tương tác.Kết quả của việc giải bài tập đó dẫn đến việc cần thiết phải xây dựng khái niệmđộng lượng và định luật bảo toàn động lượng
- Bài tập vật lí là một phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức một cách sinh
Trang 7động có hiệu quả
Khi giải các bài tập đòi hỏi HS phải ghi nhớ lại các công thức, định luật, kiếnthức đã học, có khi đòi hỏi phải vận dụng một cách tổng hợp các kiến thức đã họctrong cả một chương, một phần hoặc giữa các phần nhờ đó HS sẽ hiểu rõ hơn, ghinhớ vững chắc các kiến thức đã học
- Bài tập vật lí là một phương tiện ôn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát
Có thể xây dựng rất nhiều bài tập có nội dung thực tiễn Khi giải các bài tập đókhông chỉ làm cho học sinh nắm vững hơn các kiến thức đã học, mà còn tập chohọc sinh quen với việc liên hệ lí thuyết với thực tế vận dụng kiến thức đã học giảiquyết những vấn đề đặt ra trong cuộc sống như giải thích các hiện tượng cụ thểcủa thực tiễn, dự đoán các hiện tượng có thể xẩy ra trong thực tiễn ở những điềukiện cho trước
- Bài tập là một phương tiện (công cụ) có tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh
Giải bài tập vật lí là hình thức làm việc tự lực căn bản của HS Trong khi giảibài tập HS phải phân tích các điều kiện của đề bài, tự xây dựng những lập luận,phải huy động các thao tác tư duy để xây dựng những lập luận, thực hiện việc tínhtoán, có khi phải tiến hành thí nghiệm, thực hiện các phép đo, xác định sự phụthuộc hàm số giữa các đại lượng, kiểm tra các kết luận của mình (đánh giá kết quảgiải quyết) Trong những điều kiện đó tư duy lôgic, tư duy sáng tạo của HS đượcphát triển năng lực giải quyết vấn đề và năng lực làm việc độc lập của HS đượcnâng cao
- Thông qua giải bài tập có thể rèn luyện cho HS những đức tính tốt và tác phong làm việc khoa học
Như tính tự lực cao, tính kiên trì vượt khó, tính cẩn thận, tính hợp tác, tính
khiêm tốn học hỏi, v.v .
- Bài tập Vật lí là phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức kĩ năng của HS một cách chính xác
Trang 8Nếu giáo viên biết ra các đề kiểm tra, đề thi nội dung bảo đảm tính phân hóa vềnăng lực học vật lí của HS thì qua bài giải của HS ta có thể phân loại được cácmức độ năng lực học tập vật lí của HS đã đạt được một cách chính xác
Tóm lại: bài tập vật lí là phương tiện có vai trò và chức năng thực hiện 6 mục
đích nêu trên Ta có thể sử dụng bài tập vật lí vào bất cứ giai đọan nào của quátrình dạy học Cần chú ý rằng việc rèn luyện cho HS giải các bài tập vật lí không
phải là mục đích dạy học (vì giải bài tập là phương tiện để thực hiện hoạt động rèn
luyện tư duy, nó không có mục đích tự thân của dạy học) Mục đích cơ bản đặt rakhi giải bài tập vật lí là làm sao cho HS hiểu sâu sắc hơn những qui luật vật lí biếtphân tích và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiễn, vào kĩ thuật và cuốicùng phát triển được năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề
Giải bài tập vật lí có giá trị rất lớn về mặt phát triển tính tích cực, tự học của
HS Qua hoạt động giải bài tập giáo dục cho HS ý chí, tinh thần vượt khó, rènluyện phong cách nghiên cứu khoa học, yêu thích môn học vật lí
Bài tập vật lí là phương tiện dạy học thực hiện 4 nhiệm vụ quan trọng của dạyhọc vật lí trong nhà trường (nhiệm vụ giáo dưỡng, nhiệm vụ phát triển trí tuệ,nhiệm vụ giáo dục và nhiệm vụ giáo dục kĩ thuật tổng hợp)
1.1.3 Phân loại bài tập vật lí
Bài tập vật lí đa dạng, phong phú Người ta phân loại bài tập vật lí bằng nhiềucách khác nhau theo nhiều đặc điểm: theo nội dung, theo ý nghĩa mục đích, theochiều sâu của việc nghiên cứu vấn đề, theo phương thức giải, theo phương thứccho giả thiết, theo mức độ khó của nhận thức
- Phân loại theo nội dung
Các bài tập được sắp xếp theo các đề tài của tài liệu vật lí Người ta phân biệtcác bài tập về cơ học, về vật lí phân tử, về điện học, v.v… Sự phân chia như vậy
có tính chất qui ước Bởi vì kiến thức sử dụng trong giả thiết của một bài tậpthường không lấy từ một chương, một phần mà có thể tích hợp nhiều kiến thức cácphần khác nhau của giáo trình vật lí
Người ta còn phân biệt các bài tập nội dung trừu tượng, bài tập nội dung cụ thể.Ví dụ về một bài tập có nội dung trừu tượng: Phải dùng một lực như thế nào để có
Trang 9thể kéo một vật có khối lượng là m trên mặt phẳng nghiêng có chiều dài là l vàchiều cao là h, bỏ qua lực ma sát Áp lực do vật tác dụng lên mặt phẳng nghiêng làlực nào?
Nếu trong bài tập nói rõ mặt phẳng nghiêng dùng ở đây là mặt phẳng như thế
nào, vật kéo lên là cái gì, nó được kéo lên như thế nào, đó là một bài tập cụ thể.
Nét nổi bật của những bài tập trừu tượng là bản chất vật lí nêu bật lên, nó đượctách ra và không lẫn lộn với các chi tiết không bản chất Ưu điểm của bài tập cụthể là tính trực quan cao, gắn với thực tế
Các bài tập mà nội dung chứa đựng những thông tin về kĩ thuật, về sản xuấtcông nông-nghiệp, về giao thông, được gọi là những bài tập có nội dung kĩ thuậttổng hợp
Bài tập có nội dung lịch sử, đó là những bài tập chứa đựng những kiến thức cóđặc điểm lịch sử: những dữ liệu và các thí nghiệm vật lí cổ điển, về những phátminh sáng chế hoặc những câu chuyện có tính chất lịch sử
Bài tập vật lí vui cũng được sử dụng rộng rãi Nét nổi bật trong nội dung loạibài tập này là sử dụng những sự kiện, hiện tượng kì lạ hoặc vui Việc giải các bàitập này sẽ làm cho tiết học sinh động, nâng cao được hứng thú học tập của HS.Trong các cuốn sách của IA.I PÊ-REN-MAN "Vật lí vui", NXB Giáo dục, có rấtnhiều bài tập như vậy
- Phân loại bài tập theo phương thức cho điều kiện hoặc phương thức giải
Người ta phân biệt bài tập bằng lời hay còn gọi là bài tập định tính, bài tập thínghiệm, bài tập tính toán, bài tập đồ thị
+ Bài tập định tính
Bài tập định tính là những bài tập khi giải, HS không cần phải thực hiện các phép tính phức tạp khi cần thiết chỉ làm những phép tính đơn giản, có thể tínhnhẩm được Muốn giải những bài tập định tính, HS phải thực hiện những phép suyluận lôgic, do đó phải hiểu rõ bản chất (nội hàm) của các khái niệm, định luật vậtlí và nhận biết được những biểu hiện của chúng trong những trường hợp cụ thể Đa
số các bài tập định tính yêu cầu HS giải thích hoặc dự đoán một hiện tượng xẩy ra
Trang 10tập - câu hỏi
Bài tập định tính có rất nhiều ưu điểm về mặt phương pháp học Đưa được líthuyết vừa học lại gần với đời sống, thực tiễn xung quanh, các bài tập định tínhlàm tăng thêm ở HS hứng thú môn học, tạo điều kiện cho HS suy luận phát triểnngôn ngữ vật lí Phương pháp giải những bài tập định tính bao gồm việc xây dựngnhững suy luận lôgic dựa trên những định luật vật lí nên bài tập định tính làphương tiện rất tốt để phát triển tư duy lôgic của HS Việc giải các bài tập địnhtính rèn luyện cho HS hiểu rõ được bản chất của các hiện tượng vật lí và nhữngquy luật của chúng, dạy cho HS biết áp dụng kiến thức vào thực tiễn
Giải bài tập định tính ôn luyện cho HS thao tác tư duy phân tích, như vậy tạo
cơ sở HS biết phân tích nội dung vật lí của một bài tập nói chung và bài tập tínhtoán nói riêng
Bài tập định tính được sử dụng ưu tiên hàng đầu sau khi học xong lí thuyết, trong
khi luyện tập, ôn tập vật lí.
Loại bài tập định tính sáng tạo là loại bài tập định tính giải nó đòi hỏi các suy luận lôgic mới, không theo khuôn mẫu quen thuộc mới có thể tìm ra phương án giải quyết bài tập
Bài tập định tính thường có hai dạng: Bài tập giải thích hiện tượng và bài tập dựđoán hiện tượng
+ Bài tập tính toán
Bài tập tính toán là những bài tập muốn giải chúng, ta phải thực hiện một loạtphép tính và kết quả thu được là đáp số định lượng, tìm giá trị một số đại lượng vậtlí Bài tập tính toán có thể chia làm hai loại:
Trang 11Bài tập tính toán tập dượt là những bài tập cơ bản, đơn giản, trong đó chỉ đề cậpđến một hiện tượng, một định luật và sử dụng một vài phép toán đơn giản Nó cótác dụng củng cố kiến thức cơ bản vừa học, giúp HS hiểu rõ ý nghĩa định luật vàcông thức biểu diễn, sử dụng các đơn vị vật lí tương ứng và có thói quen cần thiết
để giải bài tập phức tạp
Bài tập tính toán tổng hợp là loại bài tập muốn giải nó thì phải vận dụng nhiềukhái niệm, định luật, dùng nhiều công thức Kiến thức tích hợp nhiều nội dungkiến thức trong một chương, một phần hoặc các phần của tài liệu vật lí Loại bàitập này giúp HS đào sâu, mở rộng kiến thức, thấy được mối liên hệ giữa các kiếnthức vật lí với nhau, luyện tập phân tích những hiện tượng phức tạp ra thànhnhững phần đơn giản tuân theo một định luật xác định
+ Bài tập thí nghiệm
Bài tập thí nghiệm là loại bài tập yêu cầu xác định một đại lượng vật lí, cho biếtdụng cụ và vật liệu để sử dụng, yêu cầu HS giải bài tập hoàn toàn theo con đườngthực nghiệm hoặc là bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải líthuyết
Các bài tập thí nghiệm ở trường phổ thông, thông thường các dụng cụ thiết bịthí nghiệm có thể khai thác ở phòng thí nghiệm trong nhà trường hoặc HS sử dụngcác thiết bị tự làm Bài tập thí nghiệm có thể là dạng bài tập thí nghiệm định tínhhoặc dạng bài tập thí nghiệm định lượng
Ta có thể chuyển từ một bài tập định tính hoặc một bài tập tính toán thành mộtbài tập thí nghiệm
Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng tốt về các mặt giáo dưỡng, phát triển trítuệ, giáo dục và giáo dục kĩ thuật tổng hợp, đặc biệt bồi dưỡng năng lực thựcnghiệm và làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lí thuyết và thực tiễn
Hoạt động giải bài tập thí nghiệm luôn gây được hứng thú lớn đối với HS, lôi cuốn được sự chú ý của HS vào các vấn đề bài tập yêu cầu, phát huy tính tích cựctìm tòi, khám phá và sáng tạo Những số liệu khởi đầu về mặt lí thuyết của bài tập
sẽ được kiểm tra tính đúng đắn thông qua các kết quả thu được bằng con đường
Trang 12thực nghiệm
Có thể giải bài tập thí nghiệm dùng những thiết bị rất thông thường, đơn giản,
bề ngoài có vẻ kém hiệu lực trong việc gây hứng thú cho HS, song nếu biết khaithác lại có ý nghĩa to lớn trong việc phát triển tư duy sáng tạo của HS Ka - pi - xa
đã từng nói: "Thiết bị dạy học càng đơn giản càng có tác dụng trong việc phát huynăng lực sáng tạo của người học"
+ Bài tập đồ thị
Bài tập đồ thị là những bài tập trong đó đối tượng nghiên cứu là những đồ thịbiểu diễn sự phụ thuộc giữa các đại lượng vật lí Nó đòi hỏi HS phải biểu diễn quátrình diễn biến của các hiện tượng nêu trong bài tập bằng các đồ thị
Đồ thị là một hình thức biểu đạt mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí, tươngđương với cách biểu đạt bằng lời hay công thức Nhiều khi nhờ vẽ được đồ thịchính xác, đồ thị biểu diễn số liệu thực nghiệm mà ta có thể tìm được định luật vậtlí mới (đồ thị là một dạng mô hình sử dụng nghiên cứu vật lí vào trong dạy học vậtlí) Bởi vậy, các bài tập sử dụng đồ thị hoặc xây dựng đồ thị có vị trí quan trọngtrong dạy học vật lí
Các bài tập đồ thị thường có 2 dạng
Dạng 1 Giả thiết cho đồ thị, đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa các đại lượng, thì phải "Đọc đồ thị" đòi hỏi phải thông hiểu đồ thị đó, phân tích đặc điểm của sự phụthuộc trên từng phần của nó Nếu sử dụng tỉ xích phải làm sao để có thể xác địnhđược đại lượng cần tìm theo đồ thị (giá trị trên trục tung, trục hoành, diện tích giới
hạn bởi các tọa độ tương ứng với đồ thị, v.v .)
Dạng 2 Từ thông tin giả thiết của bài toán cần phải vẽ đồ thị để giải bài tập Nếu không cho đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa các đại lượng thì phải vẽ đồ thị theogiả thiết của bài tập hoặc theo các giá trị lấy từ các bảng riêng Muốn vậy, cho HS
vẽ các trục tọa độ, chọn tỉ xích nhất định cho chúng, lập các bảng và sau đó chấmvào mặt phẳng giới hạn bởi các trục tọa độ các điểm có hoành độ và tung độ tươngứng, nối các điểm đó lại với nhau ta có đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc các đại lượngvật lí và sau đó khảo sát như trong dạng 1
Trang 13+ Bài tập nghịch lí và ngụy biện
Nghịch lí và ngụy biện trong vật lí học đã tồn tại từ lâu trong lịch sử khoa học.Chẳng hạn từ thế kỉ thứ 5 trước Công nguyên, Zénon ở élée đã xây dựng mộtnghịch lí rất nổi tiếng thời cổ đại về chuyển động, gọi là "Nghịch lí về Achille vàcon rùa" theo đó thì chàng dũng sĩ Achille không bao giờ đuổi kịp con rùa ỞTrung Quốc cũng ở thời đó cũng có chuyện nghịch lí khoảng cách từ Trái Đất đếnMặt Trời, học giả tài ba như Khổng Tử cũng không sao giải thích được: buổi sáng,Mặt Trời dường như gần ta hơn nên trông thấy to hơn, nhưng lại không nung nóng
ta nhiều so với buổi trưa Mặt Trời dường như ở xa ta hơn, trông thấy nhỏ hơn lạinung nóng ta hơn!
Trước khi khoa học khẳng định được định luật bảo toàn và chuyển hóa nănglượng đã có vô số những "Đồ án động cơ vĩnh cửu" ra đời trên những ngụy biệnkhác nhau về cơ chế hoạt động của chúng
Trong thế kỉ 20 và ngày nay trong vật lí học còn nhiều nghịch lí vẫn chưa giảiquyết được Các nghịch lí đó được giải quyết là bước tiến mới về khoa học Nóicách khác: không ít khám phá, phát minh mới ra đời trên cơ sở nghịch lí vật lí.Ví dụ: cuối thế kỉ 19 theo quan điểm của vật lí Newton thì vận tốc ánh sángtrong những vật chuyển động khác nhau thì phải khác nhau Song mọi thí nghiệm
đo vận tốc ánh sáng, đặc biệt là những thí nghiệm rất chính xác của Michelson, lạiluôn cho kết quả "Nghịch lí": vận tốc ánh sáng không bao giờ thay đổi dù vậtchuyển động như thế nào! Chính "Nghịch lí" này đã dẫn đến sự ra đời của thuyếttương đối hẹp A Einstein, mở ra kỉ nguyên mới của vật lí học thế kỉ 20
Trong dạy học vật lí, tiếp cận với những cách hiểu thiếu sót và sai lầm về tri thức vật lí nảy sinh do sự phân tích phiến diện các điều kiện qui định sự diễn biếncủa hiện tượng Học giải những bài toán nghịch lí và ngụy biện sẽ là một trongnhững con đường có hiệu quả và thú vị; học cách khắc phục sự phiến diện, hời hợttrong tìm hiểu, phân tích, lĩnh hội và vận dụng tri thức vật lí Có thể coi đó cũng làcon đường tích cực học vật lí thông qua những bài học phản diện, tức là thông quanhững ví dụ hiểu sai, vận dụng sai tri thức vật lí
Trang 14Các bài toán nghịch lí và ngụy biện về vật lí là những bài toán loại đặc biệt mà
phương pháp giải chung nhất là phân tích và tìm ra nguyên nhân của sự hiểu sai các khái niệm, định luật và lí thuyết vật lí.
Giải các bài tập loại này, công việc đầu tiên phải làm bao giờ cũng là nghiêncứu lại chính khái niệm, định luật và lí thuyết vật lí mà bài toán đề cập đến.Nghiên cứu để hiểu thật chính xác nội dung của khái niệm hoặc định luật: nó diễn
tả mối quan hệ như thế nào, giữa những đại lượng nào trong khái niệm hoặc định
luật; điều kiện nào để xẩy ra mối quan hệ đó ?
Sau khi đã đối chiếu đúng nội dung và phạm vi vận dụng của tri thức vật lítương ứng với nghịch lí và ngụy biện đề cập trong bài toán, ta sẽ bước sang giaiđoạn đi tìm nguyên nhân của kết luận trái ngược hoặc sai khác giữa điều khẳngđịnh trong bài toán với điều đáng lí phải xảy ra theo đúng như kết luận do tri thứchiểu đúng đem lại Nói cách khác, ta phải đi tìm lí do hiểu sai về khái niệm, địnhluật vật lí hoặc phạm vi, điều kiện của bài toán đối với việc vận dụng khái niệm vàđịnh luật vật lí
Có khi ngụy biện xuất phát từ sự cố ý đánh tráo khái niệm, cố ý sử dụng saiđịnh luật, có khi cố ý cho những hằng số vật lí không phù hợp, thậm chí cố ý phạm
sai sót trong tính toán Chính vì vậy, ta cần phải thận trọng dò xét cẩn thận,
cảnh giác với các kiểu ngụy biện để tìm ra cái sai Tìm ra cái sai lầm của ngườikhác (qua bài tập nghịch lí và ngụy biện) cũng chính là đã học tập tích cực
Do nguyên nhân của những sai lầm tiềm ẩn trong các nghịch lí và ngụy biệnluôn đa dạng cho nên các bài tập loại này bao giờ cũng có nhiều yếu tố mới, bấtngờ, dễ kích thích sự tò mò, tìm hiểu của người giải Các bài toán ngụy biện có tácdụng tích cực rèn luyện năng lực tự đánh giá và kiểm tra mức lĩnh hội tri thức vậtlí, còn các bài tập nghịch lí có giá trị lớn phát triển sự khám phá, tìm tòi tri thức.Hoạt động giải bài tập nghịch lí và ngụy biện có tác dung lớn trong việc bồidưỡng phát triển tư duy lôgic, tư duy phê phán
+ Bài tập trắc nghiệm tự luận
Bài tập trắc nghiệm tự luận là dạng bài tập mà lời giải nó tạo điều kiện cho HS
Trang 15có cơ hội để phân tích, tổng hợp dữ kiện theo ngôn ngữ riêng của mình, dựa vàokiến thức, kinh nghiệm học tập và kinh nghiệm cuộc sống.
Như vậy, giải bài tập trắc nghiệm tự luận HS có điều kiện bộc lộ năng lực giảiquyết vấn đề hay khả năng suy luận trong việc:
Sắp đặt các dữ kiện hay sự kiện
So sánh các tính chất hay ý kiến
Giải thích dựa vào các định luật, qui tắc
Vận dụng kiến thức vào những vấn đề cần giải quyết
Suy diễn từ những giả thiết đã cho của những đề bài
Giải thích hay thiết lập mối tương quan giữa các đại lượng đã biết và đại lượngcần tìm
Tự xây dựng lập luận, nhận xét, đề xuất mới về vấn đề bài tập
+ Bài tập trắc nghiệm khách quan
Bài tập trắc nghiệm khách quan có thể chia làm 4 loại:
Loại Điền vào chỗ trống (điền khuyết):
HS phải viết vào chỗ trống thường 1 đến 10 từ, các câu trả lời thường thuộc loạiđòi hỏi trí nhớ
Loại Ghép đôi (hay xướng hợp):
Trong loại này, HS tìm cách ghép mỗi từ, cụm từ hay câu trả lời trong một cột vớimột từ, cụm từ hay câu xếp trong cột khác
Loại Đúng sai:
Trong loại này, HS đọc những câu phát biểu và phán đoán xem nội dung hay hìnhthức của câu đúng hay sai
Loại Câu hỏi có nhiều câu trả lời để lựa chọn (MCQ):
Loại bài tập này gồm có một câu dẫn (hay câu hỏi), đi với nhiều câu trả lời để HSlựa chọn khi làm bài
- Phân loại bài tập theo mức độ nhận thức
Ta có thể chia bài tập vật lí làm hai loại: Bài tập luyện tập (ôn tập kiến thức, rènluyện các KN) và loại bài tập sáng tạo về vật lí
Trang 16Nhìn từ góc độ lý luận và phương pháp dạy học thì việc phân loại bài tập vật lícòn nhiều quan điểm khác nhau, cách phân loại ở trên cũng chỉ có tính tương đối
1.2 Giải bài tập vật lí
1.2.1 Chiến lược giải bài tập vật lí
Trong xu thế dạy học vật lí hiện nay, người ta coi trọng việc dạy cho HS chiến
lược giải toán (Problem - Solving Strategies) Nó không chỉ hữu ích giải bài toán
giáo khoa, mà còn cần thiết hình thành cho HS một phong cách khoa học tiếp cậnbài toán vật lí, điều vô cùng quan trọng đối với hoạt động tương lai của họ
Theo các tác giả Paul Zitzewitz và Robert Neff thì chiến lược tổng quát giảitoán vật lí có 6 bước sau:
Bước l Diễn đạt thành lời bài toán
Diễn đạt tóm tắt thông tin của bài toán và tự tin giải được bài toán đó
Bước 2 Định rõ tính chất của bài toán
Phân tích thông tin, xác định cái gì đã biết, cái gì cần biết để giải bài toán
những chiến lược cụ thể ứng với từng lớp hoặc loại bài toán vật lí nhất định Các
chiến lược về giải toán vật lí về thực chất là phương pháp nghiên cứu đặc thù của vật lí học mà HS được tìm hiểu trong quá trình học tập vật lí trong nhà trường HS
phải học cách vận dụng chúng dần trong từng bước vào giải toán vật lí để nắmvững nội dung khoa học vật lí cũng như các phương pháp nghiên cứu vật lí học để
có thể sử dụng một cách thành thạo và sáng tạo tri thức vật lí trong cuộc sống lao động sau khi rời ghế nhà trường
Có thể kể đến một số chiến lược chung, như:
Trang 17- Lập một bảng các số liệu, hoặc một đồ thị.
- Làm một mô hình để quan sát diễn biến của hiện tượng
- Hành động giống như mô tả trong bài toán (khi cần cũng tiến hành cả việcnghiên cứu thực nghiệm)
- Phỏng đoán (nêu giả thuyết) kết quả của hiện tượng mô tả và kiểm tra lại Chiếnlược này có thể gọi là phép "Thử và sai"
- Đi giật lùi từ cái cần tìm đến cái đã cho trong bài toán
- Giải một bài toán đơn giản hơn hoặc một bài toán tương tự đã biết
- Hỏi chuyên gia, tìm tài liệu đọc thêm, tra cứu số liệu, v.v
Trong giai đoạn khám phá, HS cũng sẽ gặp vô số câu hỏi mới có thể mở rathêm nhiều khả năng cho hoạt động tìm tòi, khám phá Do đó, trong khi học vật lí
và giải toán vật lí HS nên tập nêu câu hỏi thắc mắc, tò mò, không ngại đó là câuhỏi chưa sâu, thậm chí là ngây ngô Biết đặt câu hỏi cũng là một phẩm chất cầnthiết và quan trọng của hoạt động sáng tạo Rất có thể câu hỏi của học sinh tronggiải toán vật lí là một may mắn nêu lên vấn đề khiến các nhà vật lí phải tốn nhiềucông sức mới đi tìm được câu trả lời, có ý nghĩa lớn đối với vật lí học
Bước 4 Kế hoạch
Giai đoạn này quyết định lựa chọn một chiến lược hoặc một nhóm chiến lược
và lập các bước hoặc các bước phụ cho chiến lược đã chọn (kế hoạch hành động
dự kiến giải bài toán)
Bước 5 Thực thi kế hoạch
Bước này trong giải toán vật lí cũng là bước quan trọng về chất lượng của việcgiải toán Chẳng hạn, với những bài tập vật lí tính toán thì cần tập cho HS thóiquen giải trên những biểu thức bằng chữ, chỉ đến kết quả cuối cùng mới thay cácgiá trị bằng số để tính, đưa đến đáp số Theo cách này, HS dễ dàng kiểm tra cáchthức vận dụng kiến thức, phát hiện được sai lầm trong việc thực thi kế hoạch giải
HS cần rèn luyện KN tính toán cụ thể, chính xác bao gồm KN ước lượng các kếtquả các phép tính và phương pháp tính toán gần đúng Với kế hoạch giải bài tập đồ
thị, bài tập thí nghiệm, thì KN thực nghiệm, thực hành có vai trò quan trọng để
Trang 18Bước 6 Đánh giá việc giải toán
Bước này HS phải khẳng định điều đã làm được, khẳng định đã giải xong bàitoán và nêu lên được tại sao giải được bài toán hoặc tại sao không giải được Bàitoán trong điều kiện, môi trường khác, hệ qui chiếu khác sẽ thế nào? (biện luận vềbài toán)
Trong các tài liệu về lý luận phương pháp dạy học giải bài tập vật lí ở nước ta,
từ trung học cơ sở học sinh đã được làm quen phương pháp giải bài tập theo quytrình bốn bước:
Bước 1 Tìm hiểu đầu bài
Bước 2 Xác lập các mối liên hệ giữa các dữ liệu xuất phát và cái cần tìm Bước 3 Rút ra các kết quả cần tìm
Bước 4 Kiểm tra xác nhận kết quả, nhận xét lời giải, tìm lời giải khác nếu có
Nội dung hoạt động trong bước 1, cần phải thực hiện nội dung bước 1 vàbước 2 của chiến lược giải toán theo 6 bước đã nêu trên Còn bước 2 cần phải tiếnhành nội dung bước 3 (khám phá) và bước 4 (kế hoạch) mà chiến lược giải bài tậptheo 6 bước đã nêu Để sang bước 3 (rút ra kết quả cần tìm) đó là bước thực thi kếhoạch giải
Như vậy chiến lược giải bài tập theo 6 bước đã định hướng các hành độngcủa hoạt động giải toán tiếp cận với phương pháp nghiên cứu vật lí
Học sinh phổ thông nước ta quen với hoạt động giải toán theo 4 bước Vì thếchúng tôi kết hợp hai chiến lược giải một bài tập vật lí như đã nêu trên để hìnhthành và phát triển năng lực giải bài tập vật lí nhằm rèn luyện kĩ năng giải bài tậpcho học sinh
1.2.2 Cơ sở định hướng việc hướng dẫn HS giải BTVL
Muốn cho việc hướng dẫn giải bài tập được định hướng một cách đúng đắn
GV phải phân tích được phương pháp giải bài tập cụ thể bằng cách vận dụngnhững hiểu biết về tư duy giải bài tập vật lí Mặt khác phải xuất phát từ mục đích
sư phạm cụ thể của việc cho HS giải bài tập để xác định kiểu hướng dẫn phù hợp.Nội dung trên được minh hoạ bằng sơ đồ sau:
Trang 19Sau đây chúng ta sẽ đề cập đến các kiểu hướng dẫn KN giải BTVL theo các
mục đích sư phạm khác nhau
Mức độ 1 Hướng dẫn theo mẫu (Hướng dẫn angôrit)
là sự hướng dẫn chỉ rõ cho HS những hành động cụ thể cần thực hiện và trình
tự thực hiện các hành động đó để đạt được kết quả mong muốn Những hành độngnày được coi là những hành động sơ cấp HS phải hiểu một cách đơn giá, HS đãnắm vững, nếu thực hiện theo các bước đã qui định theo con đường đó HS sẽ giảiđược bài tập đã cho
Kiểu định hướng theo mẫu đòi hỏi GV phải phân tích một cách khoa học việcgiải toán, xây dựng hệ thống câu hỏi định hướng để xây dựng angôrit giải bài tập.Kiểu hướng dẫn theo mẫu nhằm luyện tập cho HS kĩ năng giải một loại bài tậpnào đó Khi xây dựng các angôrit giải cho từng loại bài tập cơ bản, điển hình nào
đó (ví dụ bài tập động học, động lực học,…) thông qua việc giải toán HS nắmđược các angôrit giải cho từng loại bài tập
HS, tạo điều kiện để HS tự lực tìm tòi cách giải quyết
Khó khăn của kiểu định hướng tìm tòi chính là ở chỗ hướng dẫn của GV phải làm sao không đưa HS thực hiện các hành động theo mẫu mà phải có tác dụnghướng tư duy của HS vào phạm vi cần và có thể tìm tòi phát hiện cách giải quyếtvấn đề của bài tập
Tư duy giải bài tập
cụ thể
Trang 20Mức độ 3 Định hướng khái quát chương trình hoá
Là kiểu hướng dẫn HS tự tìm tòi cách giải quyết Nét đặc trưng của kiểuhướng dẫn này là GV định hướng hoạt động tư duy của HS theo đường lối kháiquát hoá giải quyết vấn đề Sự định hướng ban đầu đòi hỏi sự tự lực tìm tòi giảiquyết của HS Nếu HS gặp trở ngại không vượt qua được để tìm cách giải quyếtthì GV phát triển định hướng khái quát ban đầu, cụ thể hoá thêm một bước bằngcách gợi ý thêm cho HS để thu hẹp hơn phạm vi tìm tòi, giải quyết vấn đề Nếu
HS vẫn không giải quyết được thì GV chuyển dần hướng dẫn theo mẫu giúp HShoàn thành yêu cầu của một bước, sau đó yêu cầu HS tự lực, tìm tòi giải quyếtbước tiếp theo Cứ như thế cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra
Kiểu hướng dẫn khái quát chương trình hoá trong hoạt động giải BTVL của
HS nhằm phát huy tính độc lập, tự lực thực hiện các hành động tư duy đồng thờidạy cho HS cách tư duy
Như vậy, GV phải có kĩ thuật đặt ra hệ thống câu hỏi chuyển từ mức độ 3 đếnmức độ 1 giúp đỡ HS trong quá trình hoạt động giải một BTVL cụ thể
1.3 Khái niệm kĩ năng, kĩ năng giải bài tập vật lí
Có nhiều định nghĩa về kĩ năng, bắt nguồn từ những lĩnh vực chuyên mônkhác nhau Trong lĩnh vực Tâm lí học và lý luận dạy học, các tác giả đều thừanhận kĩ năng được hình thành khi áp dụng kiến thức vào thực tiễn Mặc dù cónhiều định nghĩa nhưng nội hàm của khái niệm kĩ năng đều diễn đạt:
Kĩ năng là năng lực hay khả năng của chủ thể thực hiện thuần thục một hay một chuỗi hành động trên cơ sở hiểu biết (kiến thức hoặc kinh nghiệm) nhằm tạo
ra một kết quả mong đợi (mục đích của hoạt động).
Kĩ năng được xác định bởi các kiến thức, kĩ xảo, thói quen và năng lực
Đối với môn học vật lí:
- Kiến thức bao gồm các khái niệm, các định luật, các quy tắc các nguyên lícủa lí thuyết vật lí và các phương pháp nhận thức vật lí
- Các kĩ xảo được hiểu là các thành phần đã tự động hóa của hoạt động trí tuệ
và thực tiễn của HS, trong quá trình luyện tập (có được kĩ xảo đòi hỏi rèn luyện kĩ
Trang 21năng thường xuyên, nhiều lần trong một thời gian nhất định).
Ý nghĩa của các kĩ xảo đối với việc rèn luyện kĩ năng là ở chỗ trên cơ sở cáckĩ xảo đã phát triển không cần tập chú ý vào tất cả các thành phần của hành động.Đối với vật lí thì chủ yếu là những kĩ xảo thực nghiệm và kĩ xảo áp dụng cácphương pháp toán học và các phương tiện phụ trợ
- Thói quen, cũng như kĩ xảo là những thành phần đã tự động hóa của hoạtđộng Phần lớn các thói quen được rèn luyện cho học sinh trong quá trình dạy họcvật lí, bao gồm cả cách thức cũng như trình tự thực hiện hành động Trong việcgiải các bài tập vật lí, cần có các thói quen như:
+ Cân nhắc các điều kiện đã cho;
+ Phân tích nội dung bài toán vật lí;
+ Biểu diễn tình huống vật lí bằng hình vẽ;
+ Chuyển tất cả các đơn vị đo về một hệ thống đơn vị của các đại lượng vật lí;+ Lập các phương trình mà từ đó có thể tìm được các đại lượng cần tìm;
+ Kiểm tra việc giải bài tập theo các đơn vị đo;
+ Sử dụng bảng số, máy tính;
+ Chú ý đến độ chính xác của các đại lượng cần tìm,
Có thể định nghĩa kĩ năng giải bài tập vật lí là:
Kĩ năng giải bài tập vật lí là khả năng của học sinh thực hiện thuần thục một hoặc một chuỗi hành động vận dụng các kiến thức vật lí (các khái niệm, các định luật, các quy tắc, các nguyên lí) và giả thiết đề bài toán đã cho để giải quyết nhiệm vụ đặt ra theo yêu cầu của đề bài.
Lý luận và thực tiễn dạy học vật lí cho thấy, muốn rèn luyện kĩ năng cho họcsinh, thông thường đi theo hai con đường:
Con đường thứ nhất: GV dạy mẫu theo các bước, học sinh tái hiện làm lạitheo mẫu với các bước đã quen biết (con đường angôrít); rèn luyện kĩ năng bằng những bài tập cơ bản
Con đường thứ hai để rèn luyện kĩ năng, đó là dạy học định hướng, thông quahệ thống câu hỏi định hướng tư duy giúp HS giải bài tập để có kĩ năng
Trang 22Ở trên lớp giáo viên thường phối hợp nhiều phương pháp cho mỗi bài học, chotừng đơn vị kiến thức Vì vậy các biện pháp rèn luyện kĩ năng cho học sinh cũngđược thể hiện rất da dạng Có thể sử dụng đồng thời hoặc riêng lẻ các biện pháp,tuỳ theo năng lực của giáo viên bộ môn và tuỳ theo từng đối tượng học sinh Trongluận văn này tác giả xin nêu lên các biện pháp rèn kĩ năng cho học sinh khi giải bàitập chương "Dòng điện xoay chiều" nói riêng và bài tập vật lý nói chung Các biệnpháp này được dựa trên sự phân tích cơ sở lý luận về phương pháp dạy học và tâm
lý học sư phạm; các ví dụ trong các biện pháp theo quá trình dạy học chương
“Dòng điện xoay chiều”
Biện pháp 1 Giúp học sinh nắm vững những kiến thức cơ bản làm cơ sở vận
dụng giải bài tập
- Học sinh nắm vững kiến thức cơ bản khi giải bài tập các em sẽ làm tốt hơn, do
đó trong mỗi tiết học GV cần trang bị cho HS những kiến thức cơ bản, đồng thời
GV gợi cho HS nhớ công thức tính các đại lượng vật lý một cách chính xác GVgiúp các em có kĩ năng khi giải bài tập Chẳng hạn chương "Dòng điện xoaychiều" các em cần nhớ kiến thức sau:
- Tính tổng trở dùng một trong các cách sau:
Trang 232 ( Z Z ) )
R
- Tính điện áp ở hai đầu mạch chính dùng công thức: U0= 2
0 0 2
C L U U
U U
- GV lưu ý cho HS các cách vẽ giản đồ véctơ
Vẽ theo quy tắc hình bình hành hoặc vẽ theo quy tắc tam giác
- GV trang bị cho HS cách giải các bài toán cực trị trong vật lý Phương phápchung để giải dạng toán này là đưa về hàm phân số, có tử số không đổi, mẫu số làhàm chứa biến số Ta tìm giá trị của biến số để hàm ở mẫu số đạt cực trị
+ Tìm C hoặc L hoặc để dòng điện cực đại (công suất của mạch cực đại) =>mạch cộng hưởng (2=L.C1 )
+ Tìm L để điện áp ở hai đầu cuộn thuần cảm cực đại, hoặc tìm C để điện áp ở haiđầu tụ điện cực đại ta tính theo tọa độ đỉnh của hàm số bậc hai ở mẫu số
+ Tìm L để URL cực đại hoặc tìm C để cho URC cực đại ta khảo sát hàm số ở mẫu sốrồi xét dấu để hàm dưới mẫu số cực tiểu
+ Tìm f để UC hoặc UL cực đại ta đưa biểu thức ở mẫu số về hàm trùng phương,giá trị cực tiểu là toạ độ đỉnh của parabol
+ Tìm giá trị của biến trở R ở đoạn mạch có cuộn dây thuần cảm, để công suất củamạch cực đại ta dùng bất đẳng thức Côsi
Trang 24+ Tìm giá trị của của biến trở R ở đoạn mạch cuộn dây có điện trở thuần, để công suấtcủa mạch cực đại ta dùng bất đẳng thức Côsi khi r Z L Z C ; hoặc dùng đạo hàm khi: r ≥ Z L Z C
- Máy biến áp:
2
1 2
1
N
N U
U
(với U1, N1; U2, N2 là điện áp và số vòng dây tương ứngcủa cuộn sơ cấp và thứ cấp)
+ Công suất cuộn sơ cấp: P1 = U1.I1.Cosu1,i
+ Công suất cuộn thứ cấp: P2 = U2.I2.Cosu2,i
+ Bỏ qua hao phí điện năng trong máy biến áp =>P1 =P2 =>
2
1 1
2 1
2
I
I N
N U
U
+ Độ giảm thế trên dây: U = r I2
Công suất hao phí trên dây: P = r 2
2
I = R
i, u
2 phát
2 phát
Cos U
p
UPhát: điện áp ở nơi phát
pphát : công suất truyền đi
r điện trở dây tải
Muốn giảm P phải tăng U (nhờ máy biến áp)
+ Hiệu suất tải điện: H =
2
2 2
' 2
P
P P P
P : công suất nhận được nơi tiêu thụ
P: công suất hao phí
- Máy phát điện một pha:
+ Công thức từ thông: = N.B.S.Cos(t + ); t = 0, là góc giữa véc tơ pháp tuyến
n của mặt phẳng khung dây với véc tơ cảm ứng từ B
+ Tần số dòng điện: f = n.p; n: tốc độ quay rôto (vòng/giây); p là số cặp cực hoặc f
Trang 25(với cosu,i ≥ 0; trong thực tế thiết bị sử dụng dòng điện xoay chiều có cosu,i ≥ 0,85).+ Công suất toả nhiệt: Pnhiệt = r.I2 (r: điện trở thuần các cuộn dây của động cơ).+ Hiệu suất động cơ điện: H = ACó ích/AToàn phần.
Biện pháp 2 Sử dụng đơn vị đo các đại lượng vật lý trong hệ SI
Ví dụ giải bài tập chương "Dòng điện xoay chiều" có các đơn vị như:
- Chiều dài: mét (m)
- Thời gian: giây (s)
- Cường độ dòng điện: Ampe (A)
- Diện tích: mét vuông (m2).
- Tần số: héc (Hz)
- Vận tốc góc: Radian/giây (Rad/s)
- Năng lượng; Công; Nhiệt lượng: Jun(J)
- Công suất: Oát (W)
- Điện áp; Suất điện động: Vôn (V)
Biện pháp 3 Dạy cho HS phương pháp giải BT vật lý theo dạng (angôrít) GV
phải rèn các yêu cầu sau
- Khi đọc đề, HS phải phân loại được BT này thuộc dạng BT quen thuộc nào đãhọc
- Khi đã nhận dạng được BT thì vận dụng các angôrít đã biết để giải
- Trong trường hợp BT không thuộc dạng quen thuộc thì tìm cách để đưa về BTdạng quen thuộc để giải
- Khi gặp bài tập tổng hợp chưa giải ngay được, ta phải chia BT này thành các BTnhỏ, mỗi bài tập nhỏ đó là các bài tập quen thuộc đã biết cách giải
- GV cần yêu cầu HS giải toán dạng tổng quát bằng chữ sau đó mới thay số ở bướccuối
Ví dụ chương “ Dòng điện xoay chiều”, GV cung cấp cho HS các dạng BT cơbản và angôrít để giải như sau:
Trang 26P
; Z =UI
Dạng 2 Viết biểu thức dòng điện hoặc điện áp hai đầu đoạn mạch
+ Biểu thức tổng quát của i và u
i = I0 cos(t+i) hoặc u = U0cos(t+ u)
+ Tính I0 hoặc U0 theo một trong các cách sau:
U
U
; u , i có thể có giá trị dương, âm hoặc bằng không Với u , i=u - i
hoặc cosu,i = RZ
+ Thay các đại lượng đã tính vào biểu thức của i, u
Dạng 3 Tính cực trị trong mạch R, L, C nối tiếp
Dạng 3.1 Khi C; hoặc L; hoặc biến thiên, tính công suất cực đại
- Ta có: P = 2 2
2
) C
1 L ( R
R U
1 ).
L C
Z
Z Z
Z R
U U
- Vì mẫu số là tam thức bậc hai để Uc Max khi ZC =
L
2 L 2 Z
L 2
Dạng 3.3 Khi L biến thiên, tính U LMax
Trang 27- Ta có : 1
Z
1 Z 2 Z
1 ).
Z R (
U U
L C 2
L
2 C 2 L
Z R
Z =>
R
Z U
LMax
2 2
C R LC
C R LC R
U L
- Tính U L Max
LC
2 L
R 1 L C 1
U
2 2
2 4 2
C R LC R
U L
U
2 C L
2
Z Z
.
2
U
Dạng 4 Bài toán xác định và tính giá trị các phần tử trong hộp đen
- Đọc đề vẽ giản đồ véc tơ (nếu cần)
- Dựa trên dữ kiện của đề bài lập các công thức chứa những đại lượng có liên quan vàđại lượng cần tìm
- Dựa vào các công thức trên kết hợp với giản đồ véc tơ phân tích, suy luận để xác địnhcác phần tử trong hộp đen rồi tính giá trị của các phần tử đó
Trang 28- Dấu hiệu nhận biết hộp đen của đoạn mạch điện xoay chiều chứa một hoặc nhiềuphần tử
Gọi x là độ lệch pha giữa điện áp hai đầu hộp đen và dòng điện trong mạch
+ Trường hợp hộp đen chứa một phần tử
=> hộp đen gồm C nối tiếp với L với ZC < ZL
- Nếu x = 0 => hộp đen gồm C nối tiếp với L với ZC = ZL
=> hộp đen gồm L nối tiếp với R
+ Dựa vào một số dấu hiệu khác
- Nếu đoạn mạch có L nối tiếp với C ta có: U = |UL – UC|
- Nếu đoạn mạch có R nối tiếp với C hoặc R nối tiếp với L ta có:
Dạng 5 Bài tập về máy phát điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều ba pha, động cơ điện xoay chiều, máy biến áp sự truyền tải điện năng.
Trang 29Để giải bài tập loại này ta dựa trên các dữ kiện của đề bài, lập các công thức chứanhững đại lượng có liên quan và đại lượng cần tìm sao cho số phương trình bằng số ẩn
số rồi giải
Biện pháp 4 Dạy học thông qua hệ thống câu hỏi định hướng tư duy, GV tổ
chức cho HS hoạt động nhóm, có nhiều tiết thực hành, thí nghiệm tự tạo, thí nghiệmảo; kết hợp với việc kiểm tra, đánh giá kịp thời
Biện pháp này đòi hỏi GV phải nắm vững kiến thức, hiểu phương pháp giảiquyết vấn đề, hiểu sâu phương pháp luận nhận thức khoa học, có nghệ thuật dẫndắt học sinh, có kỹ năng đặt câu hỏi sáng tạo, kỹ năng giải quyết tình huống nhanh,chính xác, linh hoạt
- Khi dạy lý thuyết GV cần đưa ra những câu hỏi nhận thức sáng tạo, để dẫn dắtcác em vào tình huống có vấn đề, rồi yêu cầu các em tìm cách giải quyết vấn đềvừa đặt ra
- Khi giải BT giáo viên phải đưa ra các dạng BT phù hợp từ cơ bản đến nângcao, HS phải phân tích, suy luận, tổng hợp, cần nhiều kiến thức để giải và giải theonhiều cách khác nhau Qua đó GV thấy được khả năng lĩnh hội kiến thức, kĩ năngvận dụng kiến thức của HS, trên cơ sở đó GV hướng dẫn HS rèn kĩ năng và bổsung kiến thức mới Bên cạnh việc tách BT tổng hợp thành các BT cơ bản, các BTbản này HS đã biết cách giải, thì GVcó thể cho HS làm ngược lại Tức là từ các
BT cơ bản, xây dựng thành các BT tổng hợp, qua đó sẽ phát huy được tính chủđộng sáng tạo của HS, khắc sâu kiến thức cho HS hơn, không khí lớp học sẽ sôinổi hơn
- Đặt câu hỏi tình huống có vấn đề, kích thích hoạt động của HS, góp phần quan
trọng trong việc phát hiện và rèn kĩ năng giải bài tập cho các em Nhờ những hoạtđộng đó mà kĩ năng giải bài tập của các em tốt hơn
- Yêu cầu các em giải BT theo nhóm rồi mời từng nhóm lên bảng trình bày lờigiải của nhóm mình, các nhóm phân tích, nhận xét lời giải của nhau, qua đó bổsung việc rèn kĩ năng giải bài tập cho các em
Trang 30- Yêu cầu các em viết bản thu hoạch theo nhóm: vận dụng kiến thức, ứng dụng
BT của chương liên hệ với thực tiễn cuộc sống Bản thu hoạch được GV đánh giá,nhận xét, cho điểm kích thích sự hứng thú, say mê học tập cho các em
- Yêu cầu các em viết bảng tổng kết các dạng bài tập trong chương, theo cáchriêng của từng nhóm, nêu những cách giải có thể được, đồng thời lựa chọn cách giảitối ưu cho mỗi bài tập Bản tổng kết của nhóm nào hay sẽ được trình bày trước lớp để
cả lớp tham khảo và học tập
- Tập thói quen đọc, xác định các yêu cầu của đề, thói quen trình bày rõ ràng, thường xuyên ôn tập các kiến thức đã học, thói quen ghi chép khoa học giúp cho
HS rèn kĩ năng giải bài tập tốt hơn
- Trong trường tổ chức câu lạc bộ Vật lý cho HS, nhờ câu lạc bộ mà HS nêunhững thắc mắc, những suy nghĩ về các BT, cách khai thác BT và cách giải BT.Cách này chỉ chỉ có tác dụng ở những HS khá, giỏi, để các em tham gia kỳ thi HSgiỏi cấp trường, cấp thành phố
- Việc kiểm tra đánh giá kịp thời, thường xuyên, khách quan, có khoa học khảnăng lĩnh hội và vận dụng kiến thức của HS trong quá trình dạy học cũng rèn kĩnăng giải bài tập cho các em Các hình thức kiểm tra: kiểm tra vấn đáp, kiểm traviết, kiểm tra tự luận, kiểm tra trắc nghiệm khách quan
1.5 Thực trạng rèn luyện kĩ năng giải bài tập vật lí ở THPT
1.5.1 Giải toán vật lí để làm gì?
Nhà trường hiện đại luôn hướng vào việc dạy học sinh môn Vật lí học đúng
như bản chất của nó Tác giả cuốn sách giáo khoa "Vật lí học: các nguyên lí và bài
toán" xuất bản năm 1995 ở Mĩ, trong lời nói đầu GS Paul Zitzewitz của trường đạihọc Michigan - Dearborn, có viết: "Vật lí học không phải chỉ là các phương trình
và con số Vật lí học là những điều đang xẩy ra trong thế giới xung quanh bạn Nónói về cầu sắc trong một cầu vồng, về ánh sáng lóng lánh và tính cứng rắn của mộtviên kim cương Nó liên quan đến việc đi bộ, chạy, đi xe đạp, lái ô tô và việc điềukhiển con tàu vũ trụ Các nguyên lí vật lí hiện diện rõ ràng trong các đồ chơi, trongcác trò đấu bóng, trong các nhạc cụ và cả trong những nhà máy điện khổng lồ Bạn sẽ khám phá ra rằng, vật lí học có quan hệ với con đường hành xử của tự
Trang 31nhiên - tức là với các định luật tự nhiên Nhiều tiến bộ công nghệ của nền vănminh là kết quả của sự hiểu biết những định luật đó Học vật lí bạn có thể gópphần vào sự tiến bộ của cả khoa học và công nghệ Bạn có thể tìm được cho mìnhmột nghề nghiệp có vận dụng các kết quả của vật lí học Và dù thế nào đi nữa thìvới tư cách là công dân thông hiểu vật lí học bạn cũng sẽ có nhiều khả năng nhấtgiải quyết những vấn đề khó khăn mà nền công nghệ đặt ra cho chúng ta ".Cũng như việc học tập vật lí nói chung, việc giải toán vật lí ở nhà trường nóiriêng không chỉ dừng lại ở sự tìm cách vận dụng các công thức vật lí để giải choxong các phương trình và đi đến những đáp số Quan trọng hơn là giải toán vật líphải giúp học sinh hiểu sâu hơn các hiện tượng vật lí đang xẩy ra trong thiên nhiênquanh ta, trong các đối tượng công nghệ của nền văn minh mà ta đang sử dụng, từ
sự hiểu biết sâu sắc đó sẽ thúc đẩy học sinh cách phát hiện và giải quyết nhữngvấn đề khác nhau của thực tiễn cuộc sống, kĩ thuật và công nghệ
Vai trò giải BTVL trong quá trình học vật lí của HS có một giá trị to lớn vềnhiều mặt Vì vậy, muốn đạt được cái đích đó thì dạy học giải bài tập vật lí HSphải từng bước học cách thức hoạt động mà các nhà khoa học vật lí đã sử dụng
1.5.2 Thực trạng giải toán vật lí
Trong nhà trường GV chủ yếu quan tâm sử dụng các bài tập định lượng, giảiquyết câu hỏi đặt ra bằng các phép tính toán và giải các phương trình Người tadành nhiều công sức vào việc dạy HS nhận diện các kiểu, loại toán vật lí khácnhau và cách thức vận dụng các công thức vật lí cho từng kiểu, loại toán đó, màquên phần lớn vấn đề ý nghĩa đích thực của việc giải toán vật lí làm sáng tỏ bảnchất vật lí của các hiện tượng mô tả trong các đề toán nói riêng và các hiện tượngthực xảy ra trong đời sống bao gồm cả các đối tượng kĩ thuật, ta đã biết, các bàitoán giáo khoa về vật lí không chỉ gồm những bài tập định lượng mà còn nhiều
loại BTVL theo cách phân loại.
Thông thường việc giải BTVL không được bắt đầu tìm hiểu bản chất vật lí của
chúng mà chỉ chọn máy móc những công thức có chứa các đại lượng đã cho Cùng
Trang 32Thái độ tiêu cực của HS, trong việc giải BTVL là những trở ngại lớn nhất mà
GV vật lí cần thấy ở họ có những quan điểm sai về vấn đề giải bài tập:
- Mới đọc qua đề bài toán đã (cho là) thấy rõ ngay con đường giải bài toán đó;
- Không tiến hành “thử và sai” hoặc không tiếp cận bài toán một cách khác;
- (Cho rằng) chỉ có một con đường “đúng” để giải bài toán;
- (Cho rằng) không thể thay đổi bài toán để cho nó trở thành đơn giản hơn;
- (Cho rằng) việc giải toán luôn luôn diễn biến theo một cách thức lôgic, thẳng tắp;
- Không nghĩ đến việc giải toán theo lối phỏng đoán và đi theo “đường vòng”.Bước đầu tìm hiểu thực trạng dạy BTVL một số trường THPT ở Tp.HCM,ngoài những vấn đề nêu trên còn cho thấy:
- Trong quá trình dạy học, GV chưa khai thác hết vai trò, chức năng của BTVL
- Để thi tốt nghiệp và thi Đại học có hiệu quả trong giai đoạn hiện nay (đề thi chỉtập trung kiến thức vật lí lớp 12 và đề thi trắc nghiệm khách quan dạng MCQ) GVvật lí chỉ coi trọng rèn luyện cho HS giải BTVL theo hướng đề thi trắc nghiệmkhách quan Những dạng bài tập khác vẫn chưa được quan tâm đúng mức
Tình hình nắm vững kiến thức của HS
- Các em chưa nắm vững kiến thức đã học ở trên lớp và gặp nhiều khó khăn khitiếp thu các khái niệm, định luật vật lí được xây dựng dựa vào các khái niệm, địnhluật đã biết
- Nhận thức về vai trò tác dụng của bài tập vật lý trong dạy học một số giáo viênchưa được đầy đủ, đa số chỉ thiên về vai trò kiểm tra, đánh giá kiến thức của họcsinh thông qua việc giải bài tập vật lý
- Một số giáo viên chưa xác định được hết mục đích, yêu cầu của tiết dạy bài tậpvật lý Cụ thể ngoài việc xác định được kiến thức cơ bản cần kiểm tra và củng cố
Trang 33thì còn phải vạch ra cho được tiết dạy bài tập nhằm rèn luyện cho học sinh nhữngkĩ năng gì, hình thành và phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh như thế nào…
- Đa số giáo viên chưa thực sự dày công nghiên cứu việc định hướng tư duy chohọc sinh trong giải bài tập vật lý, nhất là giáo viên trẻ còn thiếu kinh nghiệm Điềunày một phần thể hiện trong giáo án và cả khi thi công trên lớp là chưa xây dựngđược một hệ thống các câu hỏi định hướng tư duy tích cực đối với từng loại bài tập
và thích hợp với trình độ các đối tượng học sinh nhằm đưa học sinh vào con đườngđộc lập tư duy cao độ để tìm kiếm lời giải
- Khi chữa bài tập các giáo viên còn mang nặng tư tưởng bảo thủ, áp đặt học sinhphải suy nghĩ theo kiểu của mình, chưa có thái độ khách quan để thực sự tôn trọng
tư duy của các em Trong tiến trình hướng dẫn cho học sinh giải bài tập giáo viênchưa chú trọng đến bước cuối cùng là biện luận các kết quả đã tìm được Chưaquan tâm đến việc tổ chức cho học sinh tự phát triển bài tập trên cơ sở các bài tập
đã giải được, hoặc ngược lại chưa chú trọng việc hướng dẫn cho học sinh phươngpháp phân tích những bài tập phức tạp để đưa về các bài tập cơ bản dễ giải hơn
- Giáo viên sử dụng các bài tập từ tài liệu có sẵn để chữa cho học sinh mà chưa có
sự đầu tư thích đáng để phân tích, sửa đổi các bài tập đó cho phù hợp với trình độcủa học sinh, chưa tích cực tìm tòi sáng tạo
- Các bài tập giáo viên chọn lọc để đưa vào tiết dạy bài tập thông thường là nhữngbài tập luyện tập áp dụng kiến thức đơn thuần, thiên về toán học Kết quả củachúng thường tìm ra được sau một số hoặc một loạt các phép toán Loại bài tập cótác dụng bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho học sinh rèn luyện cho học sinh phươngpháp nghiên cứu khoa học vật lý gọi là bài tập sáng tạo thì chưa được chú ý
Kết luận chương 1
Nội dung cơ sở lý luận rèn luyện KN giải bài tập về Chương “Dòng điện xoaychiều” lớp 12 THPT, ban cơ bản, chúng tôi đã hệ thống những vấn đề về cơ sở lý
Trang 34lớp 12 THPT ban cơ bản, phân loại BTVL, chiến lược giải bài tập vật lý, kháiniệm kĩ năng và kĩ năng giải BTVL, những biện pháp rèn luyện kĩ năng giảiBTVL: Giúp học sinh nắm vững những kiến thức cơ bản làm cơ sở vận dụng giải
bài tập; Sử dụng đơn vị đo các đại lượng vật lý trong hệ SI; Tính cực trị trong mạch
R, L, C nối tiếp; Bài toán xác định và tính giá trị các phần tử trong hộp đen; Dạy họcthông qua hệ thống câu hỏi định hướng tư duy; Bài tập về máy phát điện xoaychiều, dòng điện xoay chiều ba pha, động cơ điện xoay chiều, máy biến áp sựtruyền tải điện năng Thực trạng rèn luyện kĩ năng giải bài tập vật lí ở THPT
Những tiêu chí để rèn luyện KN giải bài tập về chương “Dòng điện xoay chiều”được trình bày trong chương 2
Chương 2 THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC, RÈN LUYỆN KĨ NĂNG
GIẢI BÀI TẬP VỀ “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU”
2.1 Mục tiêu dạy chương “Dòng dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 ban cơ bản 2.1.1 Mục tiêu của chương “Dòng dòng điện xoay chiều”
- Phát biểu định nghĩa dòng điện xoay chiều
- Viết biểu thức từ thông biến thiên điều hòa qua một khung dây nêu rõ góc lệch pha ban đầu
- Viết biểu thức suất điện động xoay chiều
- Viết biểu thức cường độ dòng điện tức thời, chu kì, tần số
- Viết công thức công suất tức thời; Viết được các công thức tính giá trị hiệu dụng
- Công thức tính cảm kháng, dung kháng, tổng trở mạch RLC nối tiếp?
- Nêu được những điểm cơ bản của phương pháp giản đồ Fre-nen
- Viết được công thức định luật Ôm cho đoạn mạch xoay chiều chỉ có R; chỉ có L;chỉ có C và RLC mắc nối tiếp
- Viết công thức tính độ lệch pha giữa i và u đối với mạch có R, L, C mắc nối tiếp
- Nêu được đặc điểm của đoạn mạch có R, L, C nối tiếp khi xảy ra hiện tượngcộng hưởng điện
Trang 35- Viết được công thức tính công suất, hệ số công suất mạch RLC nối tiếp.
- Viết được công suất hao phí trên đường dây tải điện
- Kỹ năng: Vận dụng công thức liên hệ giữa điện áp sơ cấp và điện áp thứ cấp, cường độ dòng điện hiệu dụng, số vòng
- Máy phát điện xoay chiều ba pha công thức Ud, UP; Id, IP cáchmắchình sao, tam giác
- Công thức tính công suất động cơ không đồng bộ ba pha
2.1.2 Những nội dung kiến thức cơ bản HS cần phải nắm vững chương
“Dòng dòng điện xoay chiều”
Bài 12 ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
I NGUYÊN TẮC TẠO RA DÒNG ĐIÊN XOAY CHIỀU
- Trong khung dây xuất hiện suất điện động cảm ứng:
e = - '
= NBSsin(t + ) = NBScos(t + 2 ) với Eo = NBS
+ e: Suất điện động tức thời (v)
+ Eo: Suất điện động cực đại (v)
+ Suất điện động hiệu dụng E =
- Hai đầu mạch ngoài khung dây có điện áp xoay chiều: u = U0cos(t + u )
+ u: giá trị điện áp tại thời điểm t (điện áp tức thời).
+ U0 > 0: giá trị cực đại của u (điện áp cực đại)
+ U: điện áp hiệu dụng U =
Trang 36+ i: cường độ tức thời (A).
+ I0 > 0: giá trị cực đại (A)
+ Cường độ dòng điện hiệu dụng:
+ i : pha ban đầu của i
2 Định nghĩa dòng điện xoay chiều
Là dòng điện có cường độ biến thiên điều hòa với thời gian theo qui luật của hàm
số sin hay cosin
II GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG
- Số đo các dụng cụ điện (vôn kế, ampe kế) chỉ giá trị hiệu dụng
- Các số ghi trên dụng cụ điện đều là giá trị hiệu dụng
Bài 13 CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU
Trang 37ZC gọi là dung kháng của mạch.
C: điện dung tụ điện (F)
Trang 38L C
C R
Z
U Z
U Z
U R
U
Tổng trở của đoạn mạch: Z R2 (Z L Z C) 2
Độ lệch pha u,i: tanu,i =
R
c L U
* Nếu u,i > 0: ZL > ZC: đoạn mạch có tính cảm kháng, u nhanh pha hơn i
* Nếu u,i < 0: ZL < ZC: đoạn mạch có tính dung kháng, u chậm pha hơn i
* Nếu u,i = 0: ZL = ZC: u và i cùng pha, có hiện tượng cộng hưởng điện xảy ra
Giản đồ vectơ
3 Hệ thức liên hệ các điện áp
U2 = UR2 + (UL–UC ) 2 hay U02 = U0R2 + (U0L –U0C)2
4 Hiện tượng cộng hưởng điện
Ta có I = U Z = 2 2
) (Z L Z C R
U
; Với U = const, R = const chỉnh L hoặc C để Imax
Zmin; khi ZL = ZC: Hiện tượng cộng hưởng điện xảy ra: Imax = Z U U R
Trang 39Bài 15 CÔNG SUẤT – HỆ SỐ CÔNG SUẤT
I Công suất P = UIcos = RI2 ;
Hệ số công suất cos = U U R
- Pmax cos = 1 Zmin = R hiện tượng cộng hưởng điện u, i cùng pha
II Cuộn dây có điện trở hoạt động r
Tổng trở của cuộn dây: Zd = 2 2
L Z
Z
Z L C
Bài 16 MÁY BIẾN ÁP
- Bỏ qua hao phí điện năng trong máy biến áp (U1 I1 = U2 I2)
=>
2
1 1
+ N1 , U1 , I1: số vòng, điện áp và cường độ dòng điện hiệu dụng cuộn sơ cấp
+ N2 , U2 , I2: số vòng, điện áp và cường độ dòng điện hiệu dụng cuộn thứ cấp.+ Nếu Nl < N2 : gọi là máy tăng áp;
+ Nếu Nl > N2 gọi là máy hạ áp.
- Độ giảm thế trên dây: U = r I2
Công suất hao phí trên dây: P = r 2
2
I = R
i, u
2 phát
2 phát
Cos U
p
UPhát : điện áp ở nơi phát
pphát là công suất truyền đi
r điện trở dây tải
Muốn giảm P phải tăng U (nhờ máy biến áp)
Trang 40- Hiệu suất tải điện: H =
2
2 2
' 2
P
P P P
P : công suất nhận được nơi tiêu thụ
P: công suất hao phí
Bài 17 MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU
I Máy phát điện xoay chiều một pha
Tần số dòng điện f = np
n: tần số quay của rôto (vòng/s); p: số cặp cực của rôto
II Dòng điện ba pha
1 Cách mắc hình sao Y
Tải đối xứng mắc hình sao (dòng điện trong dây trung hoà bằng không):
Ud = 3Up ; Id = Ip
+ Ud điện áp hiệu dụng giữa hai dây pha (gọi là điện áp dây)
+ Up là điện áp giữa hai đầu mỗi cuộn dây (gọi là điện áp pha)
2.Trong cách mắc tam giác ()
Tải đối xứng mắc tam giác: Ud = Up ; Id = 3Ip
Bài 18 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
Động cơ điện xoay chiều : P = UI cos = Pcơ + Pnhiệt
Nội dung chương dòng điện xoay chiều được xây dựng theo sơ đồ 2.2.