Sáng kiến kinh nghiệm SKKN sử dụng sơ đồ định hướng giải bài tập vật lý để giải một số bài tập ứng dụng định luật bảo toàn động lượng vật lý 10 THPT

Trong quá trình giảng dạy, người thầy luôn phải đặt ra cái đích đó là giúp họcsinh nắm được kiến thức cơ bản, hình thành phương pháp, kĩ năng, kĩ xảo, tạo thái độ vàđộng cơ học tập đúng

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI:

" SỬ DỤNG SƠ ĐỒ ĐỊNH HƯỚNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN

ĐỘNG LƯỢNG VẬT LÝ 10 THPT"

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

Mỗi môn học trong chương trình Vật lý phổ thông đều có vai trò rất quan trọng trong việc

hình thành và phát triển tư duy của học sinh

Trong quá trình giảng dạy, người thầy luôn phải đặt ra cái đích đó là giúp họcsinh nắm được kiến thức cơ bản, hình thành phương pháp, kĩ năng, kĩ xảo, tạo thái độ vàđộng cơ học tập đúng đắn để học sinh có khả năng tiếp cận và chiếm lĩnh những nội dungkiến thức mới theo xu thế phát triển của thời đại

Môn Vật lý là môn khoa học nghiên cứu những sự vật, hiện tượng xảy ra hàng ngày, có

tính ứng dụng thực tiễn cao Học sinh phải có một thái độ học tập nghiêm túc, có tư duysáng tạo về những vấn đề mới nảy sinh để tìm ra hướng giải quyết phù hợp

Trong phần Cơ học lớp 10, Động lượng là một khái niệm khá trừu tượng đối với

học sinh vì nó chỉ là một đại lượng trung gian để xác định vận tốc hoặc khối lượng củavật Trong các bài toán liên quan đến động lượng học sinh thường gặp khó khăn trongviệc xác định hệ là kín theo phương nào, biểu diễn các vectơ động lượng

Mặt khác, động lượng cũng là một đại lượng có tính tương đối nên phụ thuộc vào

hệ quy chiếu, học sinh thường quên đặc điểm này nên hay nhầm lẫn khi giải bài toán

Để khắc phục được những khó khăn trên khi dạy học bồi dưỡng bài tập định luậtbảo toàn động lượng, nếu Giáo viên lựa chọn hệ thống bài tập thích hợp và coi trọng việchướng dẫn học sinh tự lực, tích cực hoạt động tư duy trong quá trình giải bài tâp vật lí thìchất lượng nắm vững kiến thức cơ bản của học sinh được nâng cao, đồng thời góp phầnphát triển được năng lực giải quyết vấn đề cho họ

I/ LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Động lượng là một khái niệm Vật lý trừu tượng đối với học sinh Trong các bài toán Vật

lý, động lượng chỉ một đại lượng trung gian để xác định vận tốc hoặc khối lượng của vật Động lượng có ý nghĩa rất quan trọng đối với học sinh khi giải bài tập Vật lý có ápdụng Định luật bảo toàn (ĐLBT) trong va chạm đàn hồi, va chạm mềm ở lớp 10 và bàitoán phản ứng hạt nhân lớp 12

Thực tiễn cho thấy việc giải quyết một bài tập liên quan tới định luật bảo toànđộng lượng là một vấn đề khó đối với học sinh ở lớp 10 THPT.

Việc đưa ra cho học sinh sơ đồ định hướng (SĐĐH) giải bài tập vật lí, vận dụngSĐĐH giải bài tập vật lí để giải các bài tập định luật bảo toàn động lượng sẽ giúp họcsinh nắm vững kiến thức cơ bản, góp phần nâng cao năng lực giải quyết vấn đề

II/ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Áp dụng (SĐĐH) giải bài tập vật lí để giải một số bài tập vật lí ĐLBT động lượng ở lớp

10 THPT Nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức cơ bản, góp phần phát triển năng lựcgiải quyết vấn đề

III/ THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Thực hiện trong chương trình bồi dưỡng kiến thức sau khi học bài định luật bảo toànđộng lượng lớp 10 THPT năm học 2009 -2010

PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I Mối quan hệ nắm vững kiến thức và giải bài tập vật lí(BTVL)

I.1 Khái niệm về kiến thức, kĩ năng , kĩ xảo.

Theo lí luận dạy học, kiến thức được hiểu là kết quả của quá trình nhận thức bao

gồm “một tập hợp nhiều mặt về số lượng của các biểu tượng mà khái niệm lĩnh hội được,được giữ lại trong trí nhớ và được tái tạo khi có những đòi hỏi tương ứng”

Những kiến thức được nắm vững một cách tự giác, sâu sắc phần lớn do có tíchlũy thêm kĩ năng, kĩ xảo sẽ chở thành công cụ của tư duy học sinh

Kĩ năng là khả năng của con người biết sử dụng có mục đích và sáng tạo nhữngkiến thức và kĩ xảo của mình trong quá trình hoạt động lí thuyết cũng như thực tiễn Kĩnăng bao giờ cũng xuất phát từ kiến thức, dựa trên kiến thức Kĩ năng chính là kiến thướctrong hành động Còn kĩ xảo là hành động mà những phần hợp thành của nó do luyện tập

mà trở thành tự động hóa Kĩ xảo là mức độ cao của nắm vững kĩ năng Kĩ xảo là hànhđộng đã được tự động hóa, các thao tác được thực hiện rất nhanh, như một tổng thể, dễdàng mau lẹ

Những kiến thức vật lí có thể được chia thành các nhóm: Khái niệm (hiệntượng ,đại lượng vật lí); Định luật, nguyên lí; Thuyết ; Phương pháp nghiên cứu; ứngdụng trong sản xuất đời sống

Những kĩ năng cơ bản vật lí được chia thành các nhóm sau: Quan sát, đo lường,

sử dụng các dụng cụ và các máy đo phổ biến, thực hiện những thí nghiệm đơn giản; GiảiBTVL; Vận dụng các kiến thức vật lí để giải thích những hiện tượng đơn giản, nhữngứng dụng của vật lí trong đời sống và sản xuất; Sử dụng các thao tác tư duy lôgic và cácphương pháp nhận thức vật lí

Những kĩ xảo chủ yếu đối với vật lí chia làm hai nhóm: Kĩ xảo thực nghiệm, kĩxảo áp dụng các phương pháp toán học và các phương tiện phụ trợ

I.2 Các mức độ nắm vững kiến thức.

I.2.1 Các mức độ về nắm vững kiến thức.

Một trong những nhiệm vụ chủ yếu nhất của dạy học là đảm bảo cho học sinh nắmvững kiến thức dạy ở nhà trường

Nắm vững kiến thức không chỉ là hiểu đúng nội hàm, ngoại diên của nó, xác địnhđược vị trí của nó, tác dụng của kiến thức ấy trong hệ thống kiến thức cơ bản đã tiếp thu

từ trước, mà còn biết quá trình hình thành nó và vận dụng được nó vào thực tiễn

Hiểu một kiến kiến thức nào đó là gắn được kiến thức ấy vào các kiến thức đãbiết, đưa được nó vào trong hệ thống vốn kiến thức của bản thân Nói cách khác hiểu mộtkiến thức nào đó là hiểu đúng nội hàm, ngoại diên của kiến thức đó, xác lập được mốiquan hệ giữa nó với hệ thống kiến thức khác vận dụng được trực tiếp kiến thức ấy vàotình huống quen thuộc dẩn đến có khả năng vận dụng nó một cách linh hoạt sáng tạo Vận dụng được kiến thức vào việc giải quyết các nhiệm vụ thực tiễn là tìm đượckiến thức thích hợp trong vốn kiến thức đã có để giải quyết một nhiệm vụ mới Nhờ vậndụng mà kiến thức được nắm vững một cách thực sự Chính trong lúc vận dụng kiến thứcquá trình nắm nó thêm sâu sắc, càng làm cho những nét bản chất mới của kiến thứcđượcbộc lộ Ngoài ra trong khi vận dụng kiến thức những thao tác tư duy được trau dồi, cũng

cố và một số kĩ năng, kĩ xảo được hình thành, hứng thú học tập của học sinh được nângcao

I.3 Mối quan hệ giữa nắm vững kiến thức và giải BTVL

Để đảm bảo cho học sinh nắm vững kiến thức vật lí một cách chắc chắn ,cần hình

thành cho họ kĩ năng, kĩ xảo không chỉ bằng vận dụng kiến thức mà chiếm lĩnh nó cònthức qua nhiều hình thức tập luyện khác nhau Trong số đó việc giải nhiều bài tập, nhiềuloại bài tập được sắp xếp có hệ thống từ dễ đến khó là hình thức luyện tập được tiến hànhnhiều nhất, do đó có tác dụng hình thành kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vật lí củahọc sinh

Chất lượng nắm vững kiến thức bước đầu thể hiện ở việc giải các bài tập cơ bản vềkiến thức ấy về mức độ ghi nhớ và hiểu Còn chất lượng giải hệ thống bài tập phát hiện

về một đề tài, chương, phần của chương trình phản ánh chất lượng nắm vững kiến thức

và các mối quan hệ của chúng trong đề tài,chương, phần đó với nhau và vận dụng chúngtrong những tình huống phức tạp, mới.

II Phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong hoạt động giải bài tập của học sinh II.1 Khái niệm về năng lực

Năng lực là những thuộc tính riêng lẻ của cá nhân, nhờ những thuộc tính ấy mà conngười hoàn thành tốt đẹp một hoạt động nào đó mà mặc dù bỏ ra ít sức lao động nhưngkết quả vẩn cao

Năng lực còn chi phối quá trình tiếp thu kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo cũng như hiệuquả thực hiện một hành động nhất định

Khi xem xét bản chất của năng lực cần chú ý tới ba dấu hiệu chủ yếu của nó: Sựkhác biệt các thuộc tính tâm lí cá nhân, làm cho người này khác người kia; Chỉ là sự khácbiệt có liên quan tới hiệu quả thực hiện một hoạt động nào đó; Được hình thành và pháttriển trong quá trình hoạt động của cá nhân

Năng lực được chia làm ba mức độ phát triển: Năng lực; Tài năng ; Thiên tài Trong

đó năng lực là danh từ chỉ mức độ hoàn thành có kết quả một hoạt động nào đó

II.2 Mối quan hệ giữa phát triển năng lực và nắm vững kiến thức, kĩ năng , kĩ xảo

Giữa phát triển năng lực và nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo có một mối quan hệbền chặt Mức độ phát triển năng lực phụ thuộc vào mức độ nắm vững kiến thức, kĩnăng , kĩ xảo Muốn phát triển năng lực cần nắm vững và vận dụng một cách sáng tạonhững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo đã tích lũy được về một lĩnh vực hoạt động nhất định:Mặt khác năng lực giúp cho việc nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo một cách nhanhchóng hơn

Tuy nhiên không nên quy tất cả việc phát triển năng lực vào việc cung cấp kiếnthức, kĩ năng, kĩ xảo Năng lực khác kĩ năng, kĩ xảo ở chổ kĩ năng, kĩ xảo rèn luyện đượccòn năng lực ngoài việc rèn luyện học tập phải có tư chất

II.3 Tiêu chuẩn phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong giải BTVL

Giải bài tập là một hình thức tự lực giải quyết một vấn đề nào đó nêu ra trong đầubài Ở trình độ thấp là là nhận biết những điều kiện để áp dụng một giải pháp đã biết vào

một tình huống tương tự các tình huống đã biết Ở trình độ cao hơn phải thực hiện mộtloạt những phân tích và biến đổi để có thể áp dụng những giải pháp cơ bản đã biết.

III.Thực trạng học sinh các khóa trước khi tiến hành đề tài.

Để tìm hiểu thực trạng nắm vững kiến thức và giải bài tập phần ĐLBT động lượngcủa học sinh lớp 10, chúng tôi đã tiến hành điều tra trong năm học 2008-2009, 2010-2011

Đối tượng là học sinh lớp 10 của trường THPT Đào Duy Từ (Thành phố Thanh Hóa) Chất lượng nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo giải bài tập phần ĐLBT động lượngchủ yếu đánh giá qua chất lượng của 9 bài kiểm tra viết (6 bài một tiết,3 bài 15 phút) Kết quả điều tra cụ thể như sau:

IV Sơ đồ định hướng giải BTVL

Giải bài tập vật lí là một quá trình phức tạp.Việc học sinh không giải được hoặc giải saibài tập chưa đủ cơ sở kết luận học sinh không hiểu biết gì về vật lí, việc không giải được

do nhiều nguyên nhân.Trong số đó chủ yếu là do: Không hiểu điều kiện bài tập: Hiểuđiều kiện bài tập nhưng không biết vận dụng kiến thức vật lí nào

Cho nên, để rèn luyện kĩ năng giải bài tâp vật lí, một biện pháp quan trọng là dạy chocác em phương pháp giải bài tập vật lí

V Sơ đồ định hướng giải BTVL

Sơ đồ định hướng khái quát gồm các giai đoạn hành động sau:

Bước1: Nghiên cứu đầu bài :

Đọc kĩ đầu bài

Mã hóa đầu bài bằng kí hiệu quen dùng

Đổi đơn vị của các đại lượng trong cùng một hệ thống thống nhất

vẽ hình hoặc sơ đồ

Bước2: Phân tích hiện tượng và lập kế hoạch giải.

Mô tả hiện tượng, quá trình vật lí xảy trong các tình huống nêu lên trong đầu bài

Vạch ra các quy tắc, định luật chi phối hiện tượng, quá trình ấy

Dự kiến những lập luận, biến đổi toán học cần thiết nhằm xác lập được mối quan hệ giữacái đã cho và cái phải tìm

Bước3: Trình bài lời giải.

Viết các phương trình của các định luật và giải hệ hệ phương trình có được để tìm ẩn sốdưới dạng tổng quát, biểu diển các đại lượng cần tìm qua các đại lượng đã cho

Thay giá trị bằng số của các đại lượng đã cho để tìm ẩn số, thực hiện các phép tính

có độ chính xác cho phép

Bước4: Kiểm tra và biện luận kết quả

Cần tạo cho học sinh thói quen giải các bài tập vật lí theo sơ đồ định hướng này

Điều này có thể tiến hành tùy thuộc vào từng bài tập cụ thể Mà trước hết phải ghi nhớđược các bước hành động ( mặc dù không phải bài tập nào cũng áp dụng tất cả các bướccủa SĐĐH giải bài tập vật lí)

VI.Tác dụng của giải bài tập vật lí theo SĐĐH giải BTVL

Sử dụng SĐĐH thấy rõ lợi ích khi đưa vào dạy học trong việc rèn kĩ năng, kĩ xảogiải bài tập vật lí cho học sinh Tuy nhiên trong thực tiễn dạy học có rất nhiều học sinhkhông nắm được ngay cả các hành động, thao tác giải những bài tập mẫu đơn giản, phổbiến

Tác dụng của SĐĐH được thể hiện ở chổ:

Đa số các SĐĐH trong dạy học vật lí là SĐĐH hành động.Trong loại này nhữngchỉ dẫn chỉ là những phương hướng chung tìm kiếm lời giải bài tập, và tạo cho học sinhthói quen xác định phương hứơng và cách thức hành động trước khi bắt tay vào hànhđộng cụ thể

Giải bài tập theo SĐĐH làm bớt khó khăn trong quá trình nắm vững kỹ năng giảibài tâp và cho phép dạy mọi đối tượng học sinh

giải bài tập theo SĐĐH tạo cho học sinh thói quen lập luận và hành động chặt chẽ, chínhxác

Giải bài tập theo SĐĐH là chuẩn bị cho giải bài tập sáng tạo Bởi lẽ trong quátrình giải bài tập mẫu theo nó, những thao tác tư duy và kĩ năng giải bài tập của học sinhđược hình thành, đồng thời họ sẽ thực hiện các thao tác ở mức độ tự động hóa khi chuyểnsang giải bài tập sáng tạo

Tuy nhiên không thể coi giải bài tập vật lí bằng SĐĐH là vạn năng, mà chỉ là bướcđầu tiên hình thành kĩ năng giải bài tập vật lí nói chung để dần chuyển sang giải bài tậpsáng tạo

VII Sử dụng SĐĐH giải bài tập vật lí để giải một số bài tập ĐLBT động lượng lớp

10 THPT

Bài tập I (5/129/SGK)

Tìm tổng động lượng (hướng và độ lớn) của hệ hai vật có khối lượng bằng nhau m1 = m2

= 1kg Vận tốc của vật 1 có độ lớn v1 = 1m/s và có hướng không đổi Vận tốc của vật 2

có độ lớn v2 = 2m/s và:

a) Cùng hướng với vật 1

b) Cùng phương, ngược chiều

c) Có hướng nghiêng góc 600 so với v1

1 P m v m v P

 P = P1 + P2 = 3 (kgms-1)b) Khi v 2 v1  P 2 P1

 P = P2 – P1 = 1 (kgms-1)

2

1 ; ) 60 (v v   (P1;P2)  600  

2 1

2 P P P P

) cos(

2 1 2

2 2

2

1     

7 120 cos 2 1 2 2

1 2  2  0 

Bước2

+ Biểu diễn được các vectơ động học

+ Xác định được vectơ tổng trong mỗi

Bài tập2: (6/129 SGK)

Một toa xe khối lượng m1 = 3T chạy với tốc độ v1 = 4m/s đến va chạm vào 1 toa xe đứngyên khối lượng m2 = 5T Toa này chuyển động với vận tốc v2’ = 3m/s Toa 1 chuyển độngthế nào sau va chạm?

+ Là hệ kín theo phương chuyển động

+ Xét sự va chạm xảy ra trong thời gian

3 5 4 3

1

' 2 2 1 1 '

1      



m

v m v m v

Bước4

v1’ < 0 chứng tỏ sau va chạm 1 chuyểnđộng theo chiều ngược lại

1

v

m1 m2

+

+ Súng giật lùi theo phương ngang.

+Hệ sung và đạn là hệ kín theo phươngnằm ngang vì không có ngoại lực

Bước3

- Hệ súng và đạn là hệ kín có độnglượng bảo toàn theo phương ngang

+ Xác định ĐK hệ đạn và sóng là hệ kín

theo phương mằm ngang

+ Áp dụng ĐLBT động lượng

+ Xác định phương động lượng bảo toàn

- Hệ đạn và súng ngay trước và ngay sau

khi bắn là hệ kín theo phương nằm ngang

0

1 400 800

20 cos

a) Phụt ra phía sau (ngược chiều bay)

b) Phụt ra phía trước (bỏ qua sức cản của trái đất)

Bước1

M = 100T V = 200m/s

m = 20T v = 500m/s

- Hệ tên lửa và khí phụt ra ngay trước

và ngay sau khi phụt là hệ kín

- Gọi M, M’ là khối lượng tên lửa ngaytrước và ngay sau khi phụt khí

a) v  V

= ?

b) v  V - Gọi V V 'là vận tốc của tên lửa so với

trái đất ngay trước và ngay sau khi phụtkhí có khối lượng m

v là vận tốc lượng khí phụt ra so vớitên lửa

 Vận tốc của lượng khí phụt ra so vớiTrái đất là:

v m M

m V

m M

v V m MV

v m M

m V

m M

v V m MV



Bước2

+ Nêu được nguyên tắc

chuyển động của tên lửa

+ Biết trường hợp nào tên

lửa tăng tốc, giảm tốc

Học sinh không tưởng tượng được ra quá

trình tăng tốc và giảm tốc của tên lửa nhờ

75 500 20 100

-Khí phụt ra phía trước tên lủa giảmtốc

Bài tập 5 (3/13/SGK)

Một viên đạn khối lượng 2kg đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250m/s thì nổthành 2 mảnh khối lượng bằng nhau Mảnh thứ nhất bay lên với vận tốc 250m/s theophương lệch góc 600 so với đường thẳng đứng

Bước1

m = 2kg v = 250m/s

m1 = m2 = 1kg v1 = 500m/s

0 2

1 ; ) 60

(v v  v2  ?

Bước2

+ Vẽ hình biểu diễn các vectơ động

- Động lượng của hệ trước va chạm:

P = m.v = 2.250 = 500 (kgms-1)

- Động lượng của mảnh thứ nhất:

P1 = m.v = 1.500 = 500 (kgms-1) =P

Khi đạn nổ hệ là kín động lượng trước

và sau nổ bảo toàn

Bước3

+Áp dụng ĐLBT động lượng ta có:

P P1 P2Theo định lý hàm số cosin cho tamgiác OAB ta có:



cos

2 1 2

2 2

2 1

β

2

P

P