Sáng kiến kinh nghiệm 2007 - 2008

Đề tài Phơng pháp hớng dẫn học sinh giải bài tập Vật lý A. Đặt vấn đề I. Lý do chọn đề tài 1. Cơ sở lý luận - Nhiệm vụ nhận thức của học sinh với một khối lợng kiến thức mới và nhiều đòi hỏi các em phải tập trung t duy cao trong bài học. Với vốn kinh nghiệm giải bài tập còn ít, khả năng nhận thức của học sinh không đều, một số học sinh còn máy móc dập khuôn những lời giải có sẵn cha phát huy tối đa năng lực giải bài tập của mình - Bên cạnh việc phải đổi mới phơng pháp dạy học phù hợp với chơng trình và kiến thức sách giáo khoa mới hịên nay thì chúng ta cũng nên chú ý đến kĩ năng giải các bài tập của học sinh. Cần cho học sinh thấy đợc cái hay trong các lời giải khác nhau của bài toán. 2. Cơ sở thực tế - Trên thực tế nếu chúng ta biết khai thức bài toán dới các lời giải khác nhau hoặc tiếp tục phát triển mở rộng bài toán đó thì mới thấy đợc Vật lý học đúng là môn thể thao của trí tụê giúp nhiều trong rèn luỵên suy nghĩ, suy luận, phơng pháp học tập, giải quyết các vấn đề, rèn luyện trí thông minh sáng tạo. - Các em học sinh đựoc khai thức các lời giải của bài toán sẽ cảm nhận đợc cái hay trong vật lí và ngày càng yêu thích học vật lí hơn II. Mục đích - Giúp giáo viên có đợc một phơng pháp tổng quát trong việc hớng dẫn học sinh giải bài tập, từ đó nâng cao đợc chất lợng dạy học lên một bớc. - Giúp học sinh bớc đầu hình thành đợc các bớc giải một bài tập vật lí để từ đó hớng các em đến với môn Vật lí, một môn học gắn liền với thực tế đời sống. B. Giải quyết vấn đề I. Phơng pháp nghiên cứu - Thông qua thực tế giảng dạy, điều tra, trắc nghiệm, thực nghiệm, khảo sát, phân tích so sánh, tổng hợp. - Qua trao đổi , giao lu, học hỏi các kinh nghiệm của đồng nghiệm, đồng thời tự học, tự nâng cao, tự bồi dỡng. - Dự giờ rút kinh nghiệm - Trao đổi trực tiếp với các đối tợng học sinh ngoài giờ lên lớp II. Tiến trình 1. Giáo viên cần làm cho học sinh hiểu đợc các bớc giải một bài tập vật lí nói chung Căn cứ vào yêu cầu chủ yếu của bài tập vật lí ta có thể đa ra một sơ đồ chung về các bớc chủ yếu cần phải thực hiện để đảm bảo chắc chắn và nhanh chóng tìm đợc lời giải, tránh đợc những quanh co mất thời gian. B ớc 1 : Tìm hiểu đề bài: bớc này bao gồm các công việc a. Tìm hiểu ý nghĩa vật lí của các từ ngữ trong đề bài và diễn đạt bằng ngôn ngữ vật lí b. Biểu diễn các đại lợng vật lí bằng các kí hiệu, chữ cái quen dùng theo quy - ớc trong sách giáo khoa c. Vẽ hình nếu cần d. Xác định điều cho biết hay dữ kiện đã cho và điều phải tìm hay ẩn số của bài tập. Tóm tắt đầu bài. B ớc 2: Phân tích hiện tợng vật lí mà đề bài đề cập đến: Bớc này bao gồm các việc: a. Căn cứ vào những điều đã biết cho biết, xác định xem hiện tợng nêu trong đề bài thuộc phần nào của kiến thức vật lí học, có liên quan đến những khái niệm nào, định lụât nào, quy tắc nào đã biết. b. Đối với những hiện tợng vật lí phức tạp thì phải phân tích ra thành những hiện tợng đơn giản, chỉ bị chi phối bởi một nguyên nhân, một quy tắc hay định luật xác định c. Tìm hiểu xem hịên tợng vật lí diễn biến qua những giai đoạn nào, mỗi giai đoạn tuân theo những định lụât nào quy tắc nào. B ớc 3 : Xây dựng lập luận cho việc giải bài tập. a. Trình bày có hệ thống chặt chẽ, lập lụân logic để tìm ra mối liên hệ giữa những điều cho biết và những điều phải tìm. b. Nếu cần phải tính toán định lợng thì lập các công thức có liên quan đến các đại lợng cho biết, đại lợng cần tìm, thực hiện các phép biến đổi toán học, để cuối cùng tìm đợc một công thức toán học chứa các đại lợng đã biết và các đại lợng cần tìm. Thực chất là tìm một phơng trình toán học trong đó ẩn số là đại lợng vật lí phải tìm, liên hệ với các đại lợng khác đã cho trong đề bài. c. Đổi các đơn vị đã cho trong đề bài về các đơn vị chuẩn rồi thực hiện tính toán. Đối với học sinh THCS giáo viên nên dùng phơng pháp phân tích thì học sinh dễ hiểu hơn, có thể định hớng suy nghĩ tìm tòi dễ dàng, có hiệu quả hơn ở học sinh. Theo phơng pháp này thì ta bắt đầu từ điều phải tìm ẩn số, xác định mối quan hệ giữa điều phải tìm với những điều cho biết (dữ kiện bài tập) và cả những điều trung gian cha cho biết. Tiếp đó lại tìm mối quan hệ giữa những điều trung gian đó với những điều đã cho biết khác. cuối cùng ta tìm đợc mối liên quan trực tiếp giữa điều phải tìm với những điều đã cho biết. Ví dụ:Ngời ta dùng bếp dầu hỏa để đun sôi 2 lít nớc từ 20 0 C đựng trong một ấm nhôm có khối lợng 0,5kg. tính lợng dầu hỏa cần thíêt biết chỉ có 30% nhiệt lợng do dầu tỏa ra làm nóng nớc và ấm. Lấy nhiệt dung riêng của nớc 4200J/kg.k, của nhôm là 880J/kg.k, năng xuất tỏa nhiệt của dầu hỏa là 46.10 6 J/kg. Với bài tập này giáo viên cần hớng dẫn cách phân tích nh sau: Để tính khối lợng dầu ta cần áp dụng công thức Q = q.m từ đó suy ra: m= Để tính m cần tính Q tp Q tp = .100% H Q ci Q ci = Q 1 + Q 2 Trong đó Q 1 là nhiệt lợng mà nớc thu vào Q 2 là nhiệt lợng mà ấm nhôm thu vào Khi tính toán thì tính theo chiều ngợc lại B ớc 4 : Biện lụân kết quả thu đợc 2. Giáo viên cần hớng dẫn cho học sinh cách suy nghĩ tìm lời giải a. Trớc hết cần phải rèn luyện cho học sinh thói quen thực hiện bốn bớc giải bài tập vật lí nói chung đặc biệt chú ý khâu phân tích hiện tợng, trong mỗi bớc có một số việc làm nhất định thực hiện nhiều lần học sinh sẽ quen. b. Hớng dẫn học sinh phân tích hiện tợng Để giúp cho học sinh có thể phân tích đợc hiện tợng, giáo viên đa ra những câu hỏi gợi ý, cho học sinh lu ý đến những dấu hiệu có liên quan đến những hiện t- ợng đã biết hoặc chi phối bởi các quy luật các tính chất đã biết. Ví dụ: Giải thích vì sao khi bơm Hiđrô vào một quả bóng nhẹ thì quả bóng sẽ bay lên không khí? Giáo viên có thể đa ra những câu hỏi để giúp học sinh phân tích hiện tợng nh sau: Quả bóng đặt trong không khí chịu tác dụng của những lực nào? lực đẩy của không khí tác dụng vào quả bóng đợc tính nh thế nào? So sánh lực đẩy của không khí và trọng lợng của quả bóng từ đó rút ra kết luận. Dựa theo câu hỏi đó học sinh có thể phân tích hiện tợng nh sau: Quả bóng đặt trong không khí chịu tác dụng của hai lực là: trọng lợng và lực đẩy Acsimet. Trọng lợng của quả bóng và lực đẩy Acsimet đợc tính theo công thức: P 1 = d 1 .V ; F A = d 2 .V So sánh P và F A ta sẽ suy ra đợc quả bóng chuyển động nh thế nào? c. Hớng dẫn học sinh xây dựng lập luận giải Xây dựng lập luận để giải thích một hiện tợng cần tiến hành nh sau: - Đầu tiên hớng dẫn học sinh phân tích hiện tợng đã cho trong đề bài thành những hiện tợng điển hình đã biết - Nhớ lại và phát biểu thành lời những hiện tợng điển hình đó - Xây dựng một lập luận xác lập mối liên hệ giữa hiện tợng điển hình chung với hiện tợng cụ thể trong đề bài - Phối hợp tất cả những lập luận trên để lý giải nguyên nhân của hiện tợng đã cho biết trong bài tập Ví dụ: Nh đối với bài tập về qủa bóng bay ở trên, có thể dựa vào sự phân tích hiện tợng mà xây dựng lập luận giải nh sau: - Qủa bóng có thể tích V đặt trong không khí chịu tác dụng của hai lực trọng lợng P và lực đẩy Acsimet F A - Lực đẩy Acsimet F A tính theo công thức: F A = d 2 .V. Trọng lợng của vật tính theo công thức: P = d 1 .V, trong đó V là thể tích của quả bóng, d 1 là trọng lợng riêng của hiđrô, d 2 là trọng lợng riêng của không khí. - Ta đã biết Hiđrô có trọng lợng riêng d 1 < d 2 của không khí. Suy ra lực đẩy Acsimet lớn hơn trọng lợng của quả bóng (F A > P). kết quả là quả bóng bay lên. 3. Khai thác các cách giải khác nhau cho một bài toán vật lý: Khi học sinh đã nắm đợc phơng pháp chung để giải một bài tập vật lý thì giáo viên cần tập chung rèn luyện cho các em kĩ năng làm bài, đặc biệt với học sinh khá giỏi thì nên cho học sinh phân tích kĩ đề bài để có thể tìm ra các lời giải khác nhau cho cùng một bài toán nhằm phát triển t duy cho học sinh. 4. Phân dạng bài trong trờng hợp dạy các đối tợng học sinh Khá- Giỏi. Khi học sinh đã nắm đợc phơng pháp chung để giải một bài tập Vật lí thì giáo viên cần tập trung rèn luyện cho các em kĩ năng làm bài, đặc biệt với học sinh khá giỏi thì nên tiến hành phân dạng trong từng chuyên đề một và cần kích thích đ- ợc t duy của các em để các em có thể xuất phát từ một bài dễ, cơ bản, nâng lên thành một bài toán tổng quát ở một trình độ cao hơn. Ví dụ nh đối với chuyên đề: Chuyển động cơ học của chơng trình vật lí 8, giáo viên có thể phân ra các dạng bài tập của phần này nh sau: Dạng 1: Xác định thời điểm và vị trí hai chuyển động gặp nhau Dạng 2: Xác dịnh thời điểm hai chuyển động cách nhau một đoạn s 0 . Dạng 3: Bài tập về vận tốc trung bình Dạng 4: Giải bài tập chuyển động bằng phơng pháp đồ thị Với mỗi dạng bài giáo viên có thể cho học sinh làm một ví dụ cụ thể và từ đó hớng dẫn các em đa ra cách giải tổng quát và dự đoán xem có thể có những tr- ờng hợp nào xảy ra đối với mỗi dạng toán đó. a. Dạng 1: Xác định thời điểm và vị trí hai chuyển động gặp nhau Ví dụ: Hai ngời cùng xuất phát một lúc hai địa điểm A và B cách nhau 75km. ngời thứ nhất đi xe máy từ A về B với vận tốc 25km/h. Ngời thứ hai đi xe đạp từ B ngợc về A với vận tốc 12,5km/h. hỏi sau bao lâu hai ngời gặp nhau và xác định chỗ gặp nhau đó. Coi chuyển động của hai ngời là đều. Tóm tắt s=75km v 1 = 25km/h v 2 = 12,5km/h Tính t=? và s 0 = ? Giải Quãng đờng mà hai ngời đi đợc sau thời gian t lần lợt là s 1 = v 1 t=25t s 2 =v 2 t = 12,5t Xét tại vị trí gặp nhau ta có: s 1 + s 2 =s hay 25t + 12,5t = 75 t=2(h) s 0 = s 1 = 25.2=50(km) Vậy sau 2 giờ hai ngời đó gặp nhau, chỗ gặp nhau cách A 50km Từ đó giáo viên đa ra bài toán tổng quát: Bài toán: Hai chuyển động cùng xuất phát tại hai địa điểm A và B cách nhau một đoạn s với vận tốc lần lợt là v A và v B (v A >v B ). hỏi sau bao lâu hai chuyển động gặp nhau, xác định vị trí gặp nhau đó? Giáo viên yêu cầu học sinh chỉ ra xem có mấy trờng hợp xảy ra với bài toán trên và từ đó đa ra cách giải tổng quát. Ph ơng pháp giải Bớc 1: Tính quãng đờng hai chuyển động đi đợc sau thời gian t s 1 = v A .t; s 2 = v B .t; Bớc 2: Xét tại vị trí gặp nhau để thành lập mối quan hệ giữa s 1 , s 2 và s từ đó suy ra t Trờng hợp 1: Hai chuyển động cùng chiều Ta có: s 1 = s + s 2 hay v A t = s + v B t Suy ra: BA vv s t = s 0 = s 1 = v A t = BA A vv .sv Trờng hợp 2: Hai chuyển động ngợc chiều ta có: s 1 + s 2 = s hay v A t + v B t =s t = BA vv s + s 0 = s 1 = v A t= BA A vv .sv + b. Dạng 2: Xác định thời điểm và vị trí hai chuyển động cách nhau một đoạn s 0 Bài toán 1: Hai chuyển động cùng xuất phát tại hai địa điểm A và B cách nhau một đoạn s với vận tốc lần lợt là v A và v B (v A < v B ). Hãy xác định thời điểm hai chuyển động cách nhau một khoảng s 0 ? Ph ơng pháp giải Bớc 1: Tính quãng đờng hai chuyển động đi đợc sau thời gian t s 1 = v A t ; s 2 = v B t; Bớc 2: Vẽ sơ đồ và dựa vào sơ đồ để thành lập mối quan hệ giữa s 1 , s 2 , s và s 0 từ đó tính đợc t * Trờng hợp 1: Hai chuyển động cùng chiều - Xét trớc khi hai chuyển động gặp nhau Theo sơ đồ ta có: s + s 1 = s 0 + s 2 Hay: s + v A t = s 0 + v B t t = AB vv ss 0 - Xét trờng hợp sau khi hai chuyển động gặp nhau Theo sơ đồ ta có: s 2 = s 0 + s 1 + s hay v B t = s 0 + v A t + s t= AB vv ss + 0 * Trờng hợp 2: hai chuyển động ngợc chiều - Xét trờng hợp trớc khi hai chuyển động gặp nhau Theo sơ đồ ta có: s = s 1 + s 0 + s 2 Hay s = v A t + s 0 + v B t t = AB vv ss + 0 - Xét trờng hợp sau khi hai chuyển động gặp nhau: . . A A Bb B S 1 S 0 S S 2 v B . . . A B S 1 S 0 S S 2 . V A A . . . B S 0 S 1 S 2 S . V A V B Theo sơ đồ ta có: s 2 + s 1 s 0 =s Hay: v B t + v A t - s 0 = s t = AB vv ss + + 0 Bài toán 2: Hai chuyển động cùng xuất phát tại một địa điểm với vận tốc lần lợt là v A và v B (v A < v B ). Hãy xác định thời điểm hai chuyển động cách nhau một đoạn s 0 ? Ph ơng pháp giải Bớc 1: Tính quãng đờng hai chuyển động đi đợc sau thời gian t s 1 = v A t ; s 2 = v B t; Bớc 2: Thành lập mối quan hệ giữa s 1 , s 2 và s từ đó ta tính đợc thời gian t. * Trờng hợp 1: hai chuyển động cùng chiều Ta có: s 2 = s 1 + s 0 Hay v B t = v A t + s 0 t = AB vv s 0 * Trờng hợp 2: Hai chuyển động ngợc chiều Ta có: s 2 + s 1 = s 0 Hay v B t + v A t = s 0 t = AB vv s + 0 c. Dạng 3: Bài tập về vận tốc trung bình Ph ơng pháp giải - Thành lập các công thức tính các đoạn đờng s 1 , s 2 , , s n hoặc các công thức tính thời gian t 1 , t 2 ., t n - áp dụng công thức tính vận tốc trung bình trên cả đoạn đờng s n n tb ttt sss t s v +++ +++ == . . 21 21 Ví dụ: Tính vận tốc trung bình của một vật trong hai trờng hợp sau: a. Nửa thời gian đầu vật chuyển động với vận tốc v 1 , nửa thời gian sau vật chuyển động với vận tốc v 2 b. Nửa quãng đờng đầu vật chuyển động với vận tốc v 1 , nửa quãng đờng sau vật chuyển động với vận tốc v 2 c. So sánh vận tốc trung bình trong hai trờng hợp câu a và câu b giải a. Gọi thời gian vật chuyển động hết quãng đờng s là t Quãng đờng vật đi đợc trong nửa thời gian đầu và nửa thời gian sau là s 1 = v 1 . ; s 2 = v 2 . Vận tốc trung bình trên cả quãng đờng s là: 2 vv t 2 tv 2 tv t ss t s v 21 21 21 + = + = + == b. Gọi quãng đờng vật chuyển động đợc là s Thời gian để vật đi đợc nửa quãng đờng đầu và nửa quãng đờng sau sẽ là: A . . . B S 0 S 1 S 2 S . V B V A 1 1 2v s t = ; 2 2 2v s t = Vận tốc trung bình trên cả đoạn đờng s 21 21 21 21 vv v2v 2v s 2v s s tt s v' + = + = + = c. Xét hiệu v v = 21 2121 vv v2v 2 vv + + ( ) )v2(v v4vvv 21 21 2 21 + + = ( ) )v2(v vv 21 2 21 + = - Nếu v 1 v 2 = 0 hay v 1 = v 2 khi đó v v = 0 hay v = v - Nếu v 1 v 2 0 hay v 1 v 2 Khi đó: (v 1 v 2 ) 2 > 0 với v 1 , v 2 v 1 + v 2 > 0 do đó: v v = ( ) 21 21 2 21 v,v0, )v2(v vv > + v > v d. Dạng 4: Giải bài tập chuyển động bằng phơng pháp đồ thị B ớc 1 : Thành lập các công thức tính quãng đờng theo vận tốc và thời gian: s 1 = v 1 t ; s 2 = v 2 t; B ớc 2 : Coi s là hàm còn t là ẩn. vẽ các đồ thị của các hàm số s 1 , s 2 trên cùng hệ trục tọa độ. B ớc 3 : dựa vào đồ thị để tính toán C. Kết thúc vấn đề 1. Hiện nay qua 4 năm thay sách giáo khoa mới với một chơng trình kiến thức rộng mở, đối với chơng trình vật lí 8 và nâng cao đã có nhiều học sinh có những cách giải hay độc đáo và chính xác. Đây cũng là bớc phát triển mới trong t duy của học sinh. 2. Tuy nhiên vẫn còn nhiều học sinh cha tìm ra đợc các cách giải cho một bài tập vật lí. chính vì vậy các thầy cô giáo là những ngời tổ chức điều khiển, lựa chọn phơng pháp vào một lời giải hay, đảm bảo độ chính xác cao, trình bày khoa học, phù hợp với những đối tợng học sinh. 3. Trên đây là một số kinh nghiệm củ tôi trong việc lựa chọn một số phơng pháp giải bài tập vật lí. Rất mong đợc sự đóng góp ý kiến của các đồng chí, đồng nghiệp và bạn bè để tôi có đợc nhiều kinh nghiệm hơn trong việc giảng dạy. Yên Đồng, ngày 25 tháng 04 năm 2008 Ngời viết NguyÔn V¨n Dòng . cứu - Thông qua thực tế giảng dạy, điều tra, trắc nghiệm, thực nghiệm, khảo sát, phân tích so sánh, tổng hợp. - Qua trao đổi , giao lu, học hỏi các kinh nghiệm. lu, học hỏi các kinh nghiệm của đồng nghiệm, đồng thời tự học, tự nâng cao, tự bồi dỡng. - Dự giờ rút kinh nghiệm - Trao đổi trực tiếp với các đối tợng