Xây dựng và tổ chức dạy học chuyên đề cơ học vật lí 10 hỗ trợ bồi dưỡng học sinh giỏi miền núi

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VŨ HỒNG HẠNH XÂY DỰNG VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ CƠ HỌC – VẬT LÍ 10 HỖ TRỢ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MIỀN NÚI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN, NĂM 2014 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VŨ HỒNG HẠNH XÂY DỰNG VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ CƠ HỌC – VẬT LÍ 10 HỖ TRỢ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MIỀN NÚI Chuyên ngành: Lý luận phương pháp dạy học mơn Vật lí Mã số: 60140111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Vũ Thị Kim Liên THÁI NGUYÊN, NĂM 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, số liệu trích dẫn có nguồn gốc rõ ràng Kết luận văn chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Thái Ngun, tháng năm 2014 Tác giả luận văn Vũ Hồng Hạnh Xác nhận Xác nhận khoa chuyên môn Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Vũ Thị Kim Liên i LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc tình cảm chân thành, xin chân thành cảm ơn PGS.T.S Vũ Thị Kim Liên, người hướng dẫn tận tình tơi suốt q trình học tập nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo khoa Vật lí, phòng sau đại học, trường đại học sư phạm Thái Nguyên, tạo điều kiện giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo hội đồng trường THPT Phú Lương, trường Vùng Cao Việt Bắc, bạn bè, gia đình, bạn học viên cao học lớp Vật lí K20 giúp đỡ, động viên tơi q trình làm luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2014 Học viên: Vũ Hồng Hạnh (Khóa học 2012 - 2014) ii Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ MỤC LỤC Trang iii Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Lời cam đoan i ơn Lời cảm ii Mục lục iii Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt iv Danh mục bảng v Danh mục hình vẽ, đồ thị vi MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu: 3 Giả thuyết khoa học: 4 Khách thể đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài: Cấu trúc đề tài: Chương CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HSG 1.1 Quan niệm học sinh giỏi giáo dục học sinh giỏi 1.2 Cơ sở tâm lý học giáo dục học dạy học phân hóa 1.3 Các hình thức bồi dưỡng HSG mơn Vật lí trường THPT 1.3.1 Các hình thức bồi dưỡng HSG 1.3.2 Các hình thức bồi dưỡng HSG mơn Vật lí trường THPT khơng chuyên: 10 1.4 Chuyên đề sử dụng chuyên đề bồi dưỡng HSG mơn Vật lí trường THPT 13 1.4.1 Khái niệm chuyên đề 13 1.4.2 Cấu trúc chuyên đề: 13 1.4.3 Phương pháp sử dụng chuyên đề bồi dưỡng HSG Vật lí trường THPT 13 1.5 Nghiên cứu thực trạng dạy học bồi dưỡng HSG trường THPT miền núi tỉnh Thái Nguyên Bắc Kạn 14 1.5.1 Tìm hiểu thực trạng phát bồi dưỡng HSG trường THPT iii Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ không chuyên miền núi tỉnh Thái Nguyên Bắc Kạn: 14 iii Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 1.5.2 Tìm hiểu thực trạng dạy học bồi dưỡng HSG kiến thức phần Cơ học Vật lí 10 tỉnh Thái Nguyên 16 Chương XÂY DỰNG VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HSG PHẦN CƠ HỌC VẬT LÝ 10 19 2.1 Vị trí, cấu trúc, vai trò kiến thức mục tiêu dạy học, BD HSG phần học vật lí lớp 10 chương trình Vật lí THPT 19 2.1.1 Vị trí cấu trúc vai trò kiến thức phần học vật lí 10 chương trình Vật lí THPT 19 2.1.2 Các mục tiêu dạy học bồi dưỡng HSG phần học - Vật lí 10: 19 2.1.3 Cấu trúc chuyên đề " Cơ học - Vật lí 10" 21 2.2 Nội dung chuyên đề 23 2.2.1 Phần lý thyết 23 2.2.2 Phần tập: 32 2.3 Phương pháp tổ chức dạy học chuyên đề Cơ học bồi dưỡng học sinh giỏi 34 2.3.1 Tổ chức hoạt động tự học nhà cho học sinh 34 2.3.2 Tổ chức hoạt động dạy học lớp 35 2.4 Một số giáo án (thực nghiệm sư phạm) tổ chức dạy học chuyên đề học bồi dưỡng HSG 37 2.5 Xây dựng công cụ kiểm tra, đánh giá kết bồi dưỡng HSG theo 72 2.5.1 Đề kiểm tra số 72 2.5.2 Đề kiểm tra số 75 Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 79 3.1 Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 79 3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 79 3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm: 79 3.2 Đối tượng, sở phương pháp thực nghiệm sư phạm 79 3.2.2 Cơ sở thực nghiệm sư phạm 80 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 3.2.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 80 3.4 Nội dung thực nghiệm sư phạm 81 3.4.1 Điều tra bản: 81 3.4.2 Khảo sát chất lượng trước thực nghiệm: 82 3.4.3 Chọn nội dung kiến thức dạy thực nghiệm 83 iv Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ ( F  P sin  ) a1   mv0 ms m(v  V )  mg  2Rg (sin (1)    cos ) m Mặt khác: từ CT: - v02 = 2a1s1 v0 + at1 = ta có: 2 s1 2s1 t12   (1) a1 g (sin    cos ) Xét q trình trượt xuống(tương tự ) ta có: 2s s1 t   (2) a2 g (sin    cos ) 0,5đ 0,5đ 2 (n2  1) tan  Kết hợp với t2 = nqt t1 ta có:   n2  R 0,5đ a + Tại điểm cao nhất, gọi v vận tốc m so với M, V vân tốc M + Phương trình bảo tồn lượng 2 0,5đ + Phương trình lực hướng tâm mv N Suy v0   mg  (2) R (4m  5M ) gR M 0,5đ b Khi vật N phản lực Q có phương nằm ngang, Fqt hướng chiều Q Gọi vx, vy thành phần vận tốc A hướng theo hai trục hình vẽ QF  mvy (3) 0,5đ mQ (4) M 2 m(v x  v y ) mv0   mgR 2 F qt  ma  (M + m)vx = mv0 Giải hệ ta Mmv M y   2gR  (MQ m) R (5) (6)  mM (2m  M )v2 (M  m) R  (M  M )  0,5đ a) Có thể xảy trường * Trường hợp 1: Hai khối hộp chuyển động, đó, lực ma sát tác dụng lên khối 5m m ma sát trượt có độ lớn là: Fms1 = 5μmg, T mT F m H?nh 0,5đ Fms2 = μmg Gọi a gia tốc xe ta có: Fms1 + Fms2 = ma  a= μg =0,6g  không thoả m?n yêu cầu đề (loại) * Trường hợp 2: Cả hai khối lập phương đứng yên xe, gọi gia tốc xe a thì: Khối 5m: T – Fms1 =5ma Khối m: T – Fms2 = ma Suy ra: Fms2 – Fms1=4ma (1) Với xe: Fms1 + Fms2 =ma (2) Từ (1) (2) ta có: Fms2 = ma mà Fms2 ≤ μmg hay a 0,5đ ≤ 0,04g Vậy trường hợp không thoả m?n yêu cầu tốn (loại) * Vậy xảy trường hợp khối 5m đứng yên so với xe, khối m chuyển động xe Khi đó, gọi a gia tốc xe thì: Với khối 5m: T – Fms1 = 5ma, T= F (3) 0,5đ Với xe: Fms1 + Fms2 =ma Fms2 = μmg (4) Từ (3) (4) suy ra: F=2(6ma – μmg) = 2,2mg F b) Gia tốc vật 2: a   mg  g m (a2>a) Do dây khơng dãn nên khối m lại gần ròng rọc khối 5m xa ròng rọc nhiêu Nghĩa là: a2/rr = - a1/rr Hay: (a2 – arr ) = - (a1 –arr) Suy ra: a rr  a1  a 0,2g  g   0,6g 2 0,5đ Theo định luật bảo toàn động lượng chiếu theo phương ngang phương thẳng đứng ta có : m1v0  m1v1cos  m2v2cos (3) Và m1v1 sin   m2 v2 sin   m1v1  m2v2 (4) Theo ĐLBT động năng: 1 2 m v1 0 m v1 1 m v2 (5) 2 Từ (3), (4), (5) ta được: m1  m2 Giai đoạn 1: Xét hệ gồm “đạn – Khối gỗ” Áp dụng ĐLBT 0,5đ 0,5đ 0,5đ 0,5đ 0.5 đ động lượng theo phương ngang: mv0 = (M+m)v (1) Giai đoạn 2: Xét hệ “ đạn – khối gỗ - lò xo” Áp dụng ĐLBT năng: (M+m)v = K(Δl) 0,5đ (2) Từ (1) (2) suy ra: v0 = 600m/s PHỤ LỤC GIÁO ÁN TÀI LIỆU HỌC TẬP( HS CHUẨN BỊ) Hệ thống hóa kiến thức chương Hãy trình bày phương pháp để giải BT cân vật rắn Tìm hiểu kiến thức nâng cao( Trong giáo án 2,3) Giải tập luyện tập bản( phụ lục phần chủ đề 3) 1đ PHIẾU HỌC TẬP SỐ BT1 Một đĩa tròn mỏng đồng bán kính R, bị cắt miếng hình tròn có bán kính nhỏ lần tiếp xúc với vành đĩa (HV) Khối tâm phần lại nằm đâu? BT2 Một bút chì có tiết diện hình lục giác bị đẩy dọc theo mặt phẳng ngang (Hình 1) Tìm hệ số ma sát bút chì mặt phẳng ngang để trượt mặt phẳng ngang mà không quay? O1 O F O BT3 Một hình cầu buộc vào sợi dây tựa vào tường (hình 1) Tâm hình cầu C nằm đường α thẳng đứng qua điểm treo O; góc dây phương thẳng đứng , bán kính qua điểm nối với dây A β phương thẳng đứng  Tìm điều kiện hệ số ma sát cầu tường để hệ cân bằng? Biết:  + A C  = /2 BT4 Tìm lực nhỏ F tác dụng theo phương nằm ngang vào vật có khối lượng m = 1kg, nằm mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng  = 30 đứng yên (HV)? F m α Hệ số ma sát vật mặt phẳng nghiêng k = 0,2 BT Đăt vật nặng mặt phẳng ngang, ta phải kéo sợi dây thừng nhẹ α góc  để kéo vật nặng chuyển động không gia tốc a) φ b) mặt phẳng nằm ngang (Hình a)? Biết vật bắt đầu tự trượt ta nghiêng dần mặt phẳng tới góc nghiêng  (Hình b) BT6 Trên hình trụ bán kính R, vị trí cách trục khoảng 2R/3, người ta khoan lỗ hình trụ có bán kính R/4, trục lỗ hình trụ song song với (HV) Đổ vào lỗ chất có khối lượng riêng lớn gấp 11 lần khối lượng riêng chất làm hình trụ Hình trụ đặt nằm ván nhẹ Nhấc chậm đầu ván lên Tìm góc nghiêng  cực đại ván với phương ngang hình trụ nằm cân bằng? Hệ số ma sát ván hình trụ k = 0,3 Bài Một có khối lượng m chiều dài l gắn đầu vào lề (HV) Treo ròng rọc nằm trục thẳng đứng qua lề cách a2 M a1 H lề đoạn H Buộc đầu vào sợi dây vắt qua ròng rọc l Tìm khối lượng nhỏ cần buộc vào đầu dây nằm cân bền mặt phẳng thẳng đứng? α m BT Tại điểm cao bán cầu bán kinh R có đặt lật R đật, nửa bán cầu có G bán kính R Khi cân trọng tâm G lật đật nằm cách điểm tiếp xúc R/2(HV) Hỏi cân lật đật R bền hay không bền? α Biết trượt không xảy m1 BT Cho hệ HV Ban đầu hệ trạng thái cân bằng, sau người ta đốt dây nằm ngang giữ m1 Xác định gia tốc m2 sau đốt dây Biết góc α khối lượng m1 m2 m2 BT 10 Một nhẵn cố định vào tường làm với đường nằm ngang m1 góc α Xâu nhẫn có khối lượng m1 vào Buộc đầu sợi dây mảnh, nhẹ, khơng giãn vào nhẫn đầu buộc cầu khối lượng m2 Giữ nhẫn cố định cho dây vị trí thẳng đứng Tính lực căng dây sau thả nhẫn α m2 ĐÁP ÁN ĐỀ KIỂM TRA SỐ 2: Bài Đáp án + Dễ dàng có điều kiện để Điểm b vật chuyển động thẳng là: Fcos  = k(P – Fsin  ) kP => F = (1) cos   k sin  N a J 1đ a/2 P + Điều kiện để vật bị nâng lên: Momen F trục quay qua J phải lớn momen P Ta có: P  0,5đ b a  F (b sin   cos  ) (2) 2 Thay (1) vào (2) ta có: b.cos  + kb.sin  = 2kb.sin  - k.a.cos  Biến đổi ta thu kết : tg  0,5đ a (3)  b k Vậỵ để nâng vật lên ta cần tác dụng vào vật lực F với góc tối thiểu  thỏa mãn (3) 0,5đ Phương trình chuyển động vật m: P  N  Fms  ma mg  N cos   Fms sin    N sin   Fms cos   ma  N Suy ra: a  N  m(g cos   a sin )  Fms  m(g sin   a cos ) F ms P 1đ α Biết: Fms  kN Nên: g sin   a cos   k(g cos   a n ) k  tg , Vật bắt đầu trượt lên khi: a  g  ktg si với điều kiện ktg  < 1đ - 35 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ y  x N m R  F qt Fms - 36 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ P Chọn hệ quy chiếu gắn mặt nón Điều kiện vật đứng yên mặt nón     P N  Fms  Fqt   Chiếu lên trục 0x, 0y chọn hình vẽ Fms  Fqt cos   P sin   Fms  P sin   Fqt cos    N  P cos   Fqt sin  0  N  F sin   P cos   qt  Fqt  m 2R Vật đứng yên mặt nón nên lực ma sát lực ma sát nghỉ  Fms  kN 2 mg sin   m R cos  g sin  R cos     k  k  2 mg cos   m R sin g cos    R sin   1đ Do k > mà 0 <  0 ; sin  >0  g cos    R sin  >0 g cos  g cot g  <  < R R sin  Vậy để vật đứng yên mặt nón quay với vận tốc   phải g cot g nhỏ giá trị xác định Khi hệ số ma sát k tính theo cơng thức K R g sin    R cos   g cos    R sin  - 37 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 1đ Theo phương ngang lực tác dụng lên ống trụ gồm áp lực N1 N2 cầu ĐKCB theo phương ngang: N1 = N2 A N1 N1 α m N2 N O M Kí hiệu α góc đường thẳng nối tâm cầu với phương thẳng đứng Xét trục quay qua điểm tiếp xúc I hai cầu: ' ' N r cos   mgr sin  1 N 1 N  2N  mg tan  Nếu bị lật ống trụ lật qua điểm O Ở giới hạn lật lực mà mặt phẳng ngang tác dụng lên ống trụ đặt vào điểm O ĐK để ống trụ không bị lật qua O: M Mg  M N  M N MgR  N r  N1 (r  2r cos  ) Thay N1 N2 ta có: r R M  2m sin   2m(  1) R r 1đ 1đ Xét dịch chuyển góc β nhỏ, vật m nâng lên đoạn, day bị lệch góc nhỏ α theo phương thẳng đứng Xét tam giác AOB ta có: OB OA OB OA     sin  sin   0,5đ Mà OA = 0,5L; OB = L nên α ≈ 2β A a Mô men lực tác dụng lên gồm: MT MP: T 3L sin  L MgL M P  Mg sin   sin  MT T m O α β Vì chuyển động nhỏ nên coi: T = mg = 2Mg B P - 37 - Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ MT  T 3L 3L sin   2Mg sin   3MgL sin  2 - 38 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 1đ  M MP T Nên quay lại VTCB ban đầu hệ cân bền b Từ MT > MP ta có: M M sin  M    m mM  3sin   6 - 39 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 0,5đ PHỤ LỤC 4: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ...ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VŨ HỒNG HẠNH XÂY DỰNG VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ CƠ HỌC – VẬT LÍ 10 HỖ TRỢ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MIỀN NÚI Chuyên ngành: Lý luận phương pháp dạy học. .. chúng để tổ chức dạy học bồi dưỡng HSG hiệu cần thiết, chúng tơi chọn đề tài: “XÂY DỰNG VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ " CƠ HỌC – VẬT LÝ 10 " HỖ TRỢ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MIỀN NÚI ” nhằm góp phần... việc xây dựng chuyên đề bồi dưỡng HSG - Nghiên cứu thực trạng dạy học bồi dưỡng HSG kiến thức phần học Vật lí 10 - Xây dựng chuyên đề học – Vật lí 10 Xây dựng hệ thống tập tự luận theo chủ đề lý