Phương pháp giải các bài toán thực nghiệm phần cơ học nhằm nâng cao chất lượng dạy học sinh giỏi vật lý cấp THCS

Mục lục TT Tên tiêu đề Đặt vấn đề Giải vấn đề Cơ sở lí luận Thực trạng vấn đề Giải pháp tổ chức thực Bài tập vận dụng Kiểm nghiệm Kết luận đề xuất Trang 3 13 13 15 Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài Trong xã hội phát triền công nghiệp hóa đại hóa nay, đất nước ta cần người có trình độ chun mơn giỏi, việc phát bồi dưỡng học sinh giỏi vấn đề quan trọng, bậc THCS móng cho cấp học Việc đổi phương pháp dạy học nhiệm vụ quan trọng tất cấp học bậc học nước ta nhằm đào tạo người tích cực, tự giác, động sáng tạo, có lực giải vấn đề, biết vận dụng linh hoạt kiến thức học vào sống Với công việc ta biết tìm tòi phương pháp, cách làm khác cho ta kết chất lượng cơng việc khác nhau, học vật lí khả tư sáng tạo người học góp phần quan trọng chất lượng học, với học sinh THCS khả tư hạn chế, em học chương trình đề cập đến kiến thức phổ thơng, mang tính chất định tính chưa có nhiều tập mà em cần phải có tư lơ giải Ở chương trình lớp yêu cầu việc học mang khả tư trừu tượng, khái quát yêu cầu mặt định lượng toán cao hơn, học sinh ôn tập đội tuyển HSG Để học sinh tự lực hoạt động, để nắm vững kiến thức rèn luyện kỹ trình học tự học, phải cung cấp cho em phương pháp, cách giải cho loại tập cụ thể tập vận dụng, em có phương pháp giải riêng cho loại tốn em phát huy hết khả thông minh nhanh nhạy tuổi trẻ Trong năm ôn luyện đội tuyển HSG cấp tỉnh trường THCS Nguyễn Du, dạy cho em phần tập thực nghiệm, thấy em gặp khơng khó khăn, tập nâng cao, em gặp khó khăn với tốn khó khơng phải em chưa nắm kiến thức lí thuyết học, mà đa dạng tập mà phương pháp giải dạng tập lại tài liệu đè cập đến, gặp lạ em bắt đầu lúng túng, khơng biết làm để đưa cách làm Cho dù tập phần khó, em có phương pháp giải cho loại tập em làm Vì với kinh nghiệm qua năm bồi HSG thân tham khảo loại sách, đúc kết kinh nghiệm, để đưa phương pháp làm cụ thể cho dạng tập thực nghiệm phần học 1.2 Mục đích nghiên cứu -Với kinh nghiệm qua năm dạy đội tuyển học sinh giỏi cấp huyện cấp tỉnh muốn đưa phương pháp cụ thể để giải tập vật lí thực nghiệm phần học, để học học sinh nắm vững kiến thức thơng qua tập định tính định lượng, kết hợp với phương pháp giải cụ thể cho tốn thực nghiệm, em cảm thấy đơn giản nhiều gặp tập thực nghiệm 1.3 Đối tượng nghiên cứu - Khi đưa vấn đề nghiên cứu vào thực tiễn áp dụng nghiên cứu thử nghiệm hai năm học sinh lớp 9, học ôn thi đội tuyển học sinh giỏi vật lí cấp huyện, tỉnh trường THCS Nguyễn Du huyện Quảng Xương 1.4 Phương pháp nghiên cứu -Trong trình dạy phân dạng cụ thể tập thực nghiệm phần học hướng dẫn em dựa sở lí thuyết kiến thức học, để đưa phương án làm cụ thể cho dạng tập Khi dạy cho học sinh phần ta cần tuân thủ theo bước sau: Bước 1: Xác định tập thuộc tập dạng Bước 2: Với kiện yêu cầu ta tìm dụng cụ phương án thích hợp Bước 3: Vẽ hình minh họa cho bước làm xử lí kết thí nghiệm thơng qua công thức học Bước 4: Từ công thức lập lập mối liên hệ để rút kết theo yêu cầu đề Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm Với tốn thực nghiệm đa dạng khó, nên với giáo viên giảng dạy giáo viên phải có phương pháp tốt việc truyền đạt kiến thức cho học sinh cho hiệu Với học sinh dạng tốn mở nên muốn làm có hiệu em phải có lượng kiến thức sâu vững chắc, ta muốn giải tập phần ngồi việc phải nhớ cơng thức ta phải biết cách vận dụng linh hoạt bước bước phải liên hệ với ta tìm kết toán 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Như biết năm gần đây, đề thi học sinh giỏi cấp bậc THCS tốn thực nghiệm ln nằm cấu trúc đề thi Với năm ôn luyện đội tuyển HSG tơi nhận thấy khó khăn học sinh gặp tốn thực nghiệm,vì dạng tốn thực nghiệm dạng tập mở, học đến phần nhiều thời gian để em làm quen với dạng tập khác nhau, tập phần đa dạng phong phú, có học sinh đọc xong đề khó nhận biết hướng giải đâu để giải theo yêu cầu bài, với thực trạng với kinh nghiệm có năm ơn thi học sinh giỏi, đưa cho em số phương pháp cụ thể để thuận tiện cho việc giải tốn thực nghiệm phần học, góp phần nâng cao kết qua thi 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề -Trong q trình dạy tơi phân dạng toán thực nghiệm phần học, để với dạng cụ thể dễ vận dụng cho phù hợp, sau hướng dẫn em dựa sở lí thuyết kiến thức học áp dụng cho linh hoạt vào tập Với tập phần chia thành dạng cụ thể sau Các trường hợp cụ thể cách giải: Dạng Đo khối lượng Bước 1: Xác định tập thuộc tập Bước 2: Với kiện yêu cầu ta tìm dụng cụ phương án thích hợp Có thể dùng số dụng cụ sau + Dùng cân +Hoặc dùng lực kế +Hoặc dùng điều kiện cân đòn bẩy - Biến đổi phương, chiều độ lớn lực - Đòn bẩy cân lực tác dụng tỉ lệ với cánh tay đòn l l - F1,F2 hai lực tác dụng F1 l2 vào hai đầu đòn bẩy = F2 l1 - l1,l2 hai cánh tay đòn tương ứng với hai lực F1,F2 r F2 h2 h1 F Bước 3: Vẽ hình minh họa cho bước làm xử lí kết thí nghiệm thơng qua cơng thức học Bước 4: Từ công thức lập lập mối liên hệ để rút kết theo yêu cầu đề Ví dụ.1 Đo khối lượng thước Với dụng cụ là, cân, nêm để làm điểm tựa, thước cần đo khối lượng -Cách giải Bước Xác địn dạng tốn, tốn có liên quan đến dòn bẩy Bước Đặt thước nêm xê dịch thước cho thước nằm thăng bằng, đánh dấu trọng tâm thước G, G Bước sau đặt cân lên thước, xê dịch thước để xác định điểm tựa O cho thước nằm cân bằng.Dùng thức đo khoảng cách từ điểm tựa O đến tâm cân l1, đo khoảng cách từ O đến G l2 l1 O l2 G Bước Tính giá trị khối lượng thước pt = pc l1 P l l => mt = = pc = mc l2 10 10l2 l2 Trong mc khối lượng cân,mt khối lượng thước Ví dụ (Tài liệu 2) Trình bày sở lí thuyết cách tiến hành đo khối lượng đĩa cân Cho dụng cụ gồm: cân 10g, lò xo, thước nhựa, đĩa cân cần xác định khối lượng Cách giải a Cơ sở lí thuyết -Độ giãn lò xo tỉ lệ thuận với trọng lượng vật: F=k.x (k hệ số, x độ giản lò xo) -Gọi P1, P2 trọng lượng cân đĩa cân P2 x2 x x = => P2 = P1 m2 = m1 x1 x1 Ta có: P1=k.x1 P2=k.x2 => P1 x1 b Tiến hành thí nghiệm + treo cân m1=10g vào lò xo, lò xo dài thêm đoạn x1 + Treo đĩa cân vào lò xo, lò xo dài thêm đoạn x2 +Dựa vào công thức Vi dụ (Tài liệu 6) m2 = m1 x2 x1 m khối lượng đĩa cân cần xác định.) ( - Một lọ thủy tinh có vỏ dày chứa đầy thủy ngân, nút chặt nút thủy tinh Vì thủy ngân độc nên đổ thủy ngân cân Người ta muốn xác định khối lượng thủy ngân lọ Cho dụng cụ: - Cân - Bình chia độ chứa nước bỏ lọt lọ thủy ngân vào Hãy nêu phương án xác định khối lượng thủy ngân lọ mà không mở nút Biết khối lượng riêng thủy tinh thủy ngân D1 D2 Cách giải - Dùng cân để xác định khối lượng tổng cộng lọ m bao gồm khối lượng m thủy ngân m2 thủy tinh: m = m1 + m2 (1) - Dùng bình chia độ nước để xác định thể tích V lọ, bao gồm thể tích V m m thủy ngân thể tích V2 thủy tinh: V = V1 + V2 = D + D (2) - Giải hệ (1) (2) ta tính khối lượng thủy ngân: m1 = D1 ( m − V D2 ) D1 − D2 Dạng Đo thể tích Dụng cụ đo + Dùng bình cia độ + Dùng bình tràn +Dùng số dụng cụ kết hợp khác - Những ví dụ cụ thể Ví dụ 1: Trình bày sở lí thuyết cách tiến hành thí nghiệm xác định thể tích đục Cho dụng cụ gồm: thước thẳng, qua cân tùy chọn hộp cân,một đục thép,1 sợi dây, bình đựng nước a Cơ sở lí thuyết + Điệu kiện cân đòn bẩy P0 l ml = => m = 0 P l0 l + Lực đẩy Ác si mét FA=d.V=10.D.V +Điều kiện cân có lực đẩy Ác si mét P − FA l0 = P0 l FA = P.l − P0 l0 P.l − P0 l0 10.Dn.V= ' l l' P.l ' − P0 l0 m.l ' − m0 l0 m  l' − l  => V= = =  ÷ 10 Dn l ' Dnl ' Dn  l '  b: Tiến trình thực hành + Đặt thước gỗ nằm bàn cho nửa thước nhơ ngồi mép bàn Xác định vị trí trọng tâm thước + Dùng dây buộc đục thép vào gần đầu thước nhơ ngồi bàn Đặt qua cân có trọng lượng P0 lên đầu thước mặt bàn dịch dần phía trọng tâm thước đến thấy thước bắt đầu nghiêng Đo l l, biết m0 ta tín trọng lượng m đục thép công thức m= m0l0 l Giữ nguyên P0và l0 Nhúng ngập đục vào nước chứa bình trụ,điều chỉnh vị trí theo đục cho thước bắt đầu chớm nghiêng + Xác định hợp lực trọng lực P đục lực đẩy Ac si mét F = (P-Fa) + Điểm đặt cách trục quay khoảng l' m  l' − l  + Áp dụng cơng thức V =  ÷ Để xác định thể tích đục Dn  l '  Ví dụ (Tài liệu 6) Trong tay em có: - Một xoong - Một cân, cân (có giới hạn đo phù hợp) - Bảng khối lượng riêng chất - Một lượng nước đủ để làm thí nghiệm u cầu: Em trình bày phương án xác định thể tích bên xoong Cách làm + Dùng cân xác định khối lượng m1 xoong + Đổ nước đầy xoong dùng cân xác định khối lượng m xoong nước xoong + Xác định khối lượng nước xoong : m2 - m1 + Xác định thể tích nước xoong( thể tích bên m − m1 xoong ) V = D D: khối lượng riêng nước (dựa vào bảng khối lượng riêng chất) Ví dụ (Tài liệu 6) a)Một cầu sắt bên có phần rỗng Hãy nêu cách xác định thể tích phần rỗng với dụng cụ có phòng thí nghiệm Biết khối lượng riêng sắt Ds b) Một phao bình nước, bên treo cầu chì Mực nước bình thay đổi dây treo bị đứt Cách làm Dụng cụ cần: Cân cân, bình chia độ, (bình tràn cầu to bình chia độ),bình nước, cốc +Các bước: - Cân cầu ta khối lượng m  thể tích phần đặc (sắt) cầu Vđ = m D - Đổ lượng nước vào bình chia độ cho đủ chìm vật, xác định thể tích V1 -Thả cầu vào bình chia độ, mực nước dâng lên, xác định thể tích V2 Thể tích cầu V= V2 – V1 - Thể tích phần rỗng bên cầu Vr= V – Vđ = V2 – V1- m D b) Gọi thể tích phần chìm phao lúc đầu Vc , thể tích cầu V, trọng lượng hệ tương ứng P1 P2 -Lúc đầu hệ cân ta có (Vc + V)dn = P1 + P2 Vc dn+ Vdn = P1 + P2 (1) Khi dây bị đứt cầu chìm xuống, gọi thể tích phần chìm phao lúc Vc’ Ta có: Vc'.dn+ V.dn < P1 + P2 (vì V.dn < P) Vc' dn+ V.dn < Vc.dn+ V.dn  Vc'.dn < Vc' dn hay Vc' Khối lượng nước : mn = m1 – m - Dung tích lọ : D = m m m −m => V = = V D D - Đổ ra, đổ thủy ngân vào đầy lọ, xác định khối lượng lọ thủy ngân : m2 => Khối lượng thủy ngân : mHg = m2 – m - Dung tích lọ khơng đổi nên khối lượng riêng thủy ngân là: DHg = mHg V = m2 − m D m1 − m Ví dụ (Tài liệu 1) 10 Hãy xác định trọng lượng riêng chất lỏng đựng bình chứa, với dụng cụ: lực kế, chậu chứa nước vật nặng Nêu bước tiến hành ( Trọng lượng riêng nước d n, vật nặng có kích thước nhỏ bình chứa chậu) Cách làm -Móc lực kế vào vật để xác định trọng luopwngj vật khơng khí P1 -Móc lực kế vào vật để xác định trọng luopwngj vật nước P2 -Móc lực kế vào vật để xác định trọng luopwngj vật chất lỏng cần đo P3 Giải thích -Từ giá trị P1 P2 xác địn dược V thể tích vật nặng V= P1 − P2 dn -Ta có: P1-P2 =dxV -Sau lập biểu thức tính dx = P1 − P3 dn P1 − P2 Với dn trọng lượng riêng nước Ví dụ (Tài liệu 5) Xác định khối lượng riêng dầu dung dịch đồng sunfat số phương pháp Phương pháp cho kết xác nhất? Khối lượng riêng nước 1000 kg/m3 Dụng cụ vật liệu: Ống đo, cốc nước, dầu, dung dịch đồng sunfat, ống nhỏ giọt, ống thủy tinh thẳng hình chữ U, thước đo Cách làm Cách 1: Rót dầu nước vào bình thơng hình vẽ, ta có phương trình cân áp suất điểm A, B: h1 PA = PB ⇒ d1gh1 = d2gh2 ⇒ d2 = d1h1/h2 A B h2 Phương pháp thích hợp cho chất lỏng khơng trộn vào Như không so sánh khối ngjh riêng nước đồng sunfat Để xác định khối lượng riêng đồng sunfat ta rót dầu dung dịch đồng sunfat vào bình thơng Cách 2: Khảo sát điều kiện cân vật có trục quay Vật đo thước đặt bút chì 11 l1 l2 Trên thước, đầu đặt cốc nhỏ, đầu đặt cố nhỏ chứa lượng nước biết m1 Áp dụng quy tắc mơ men lực ta có: mgl1 = (m + m1)gl2 ⇒ m = m1l2/(l1 - l2) Lập cân cốc tích V nước dầu nhau: m(l1' − l '2 ) + d V (m + d1V)gl’1 = (m + d2V)gl’2 ⇒ d2 = Vl '2 Cách 3: Phương pháp không cần đo khối lượng cốc, ta lập cân cốc chứa chất lỏng đòn cân có cách tay đòn Muốn thể ta rót lượng chất lỏng khác xác định độ cao h1, h2: d1Sh1g = d2Sh2g ⇒ d2 = d1h1/h2 Có thể nâng cao độ xác ta xác định khối lượng đồng sunfat khối lượng riêng nước sau xác định khối lượng riêng dầu khối lượng riêng đồng sunfat Bài tập vận dụng Bài 1: (tài liệu 6) Kiểm tra mối quan hệ hiệu điện hai đầu đoạn mạch với hiệu điện hai bóng đèn đoạn mạch mắc nối tiếp Cho dụng cụ: Nguồn điện pin nối tiếp, hai đèn sợi đốt giống loại 3V, vôn kế loại, dây, khóa Bài 2: Tìm cách xác định khối lượng riêng DX chất rắn X (chất dẻo) Cho dụng cụ: cốc nước có khối lượng riêng Dn biết, ống đong, ống nghiệm có vạch chia độ, gói chất dẻo Bài 3: (tài liệu 6) Xác định khối lượng riêng DX chất làm nặng hộp gia trọng (xem chưa biết khối lượng) Cho dụng cụ: Giá thí nghiệm, thước dẹt có độ chia nhỏ đên milimet, dây treo (dây chỉ), cốc đựng nước, ống đong có vạch chia, lò xo, cân có khối lượng 100g Bài 4: Xác định khối lượng nặng hộp gia trọng Cho dụng cụ: Lực kế, dây chỉ, thướt dẹt có độ chia nhỏ đên milimet, nặng hộp gia trọng, đòn bẩy, giá thí nghiệm Chú ý: khơng đo trực tiếp lực kế 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiêp nhà trường - Năm học 2018 – 2019 năm học áp dụng cách học vào q trình ơn thi học sinh giỏi tơi thấy đạt số hiệu sau 12 a Về kiến thức Học sinh nắm kiến thức học dựa sở tái lại thí nghiệm học Có mở rộng nâng cao số kiến thức phù hợp cho đối tượng học sinh giỏi - Kết chất lượng khảo sát năm trước sau có phương pháp giải Khi chưa có phưng pháp Tên học sinh Mai Lê Khánh Hòa lần Khi có phương pháp lần 8,5 Tên học sinh lần 8,5 lần 8,5 9,5 9 9 8,5 8,5 6,5 9 82,5 84,5 Đào Thị Trang Anh Nguyễn Hương Giang Trương Việt Dũng Hoàng Lê Hưng 6,5 Lê Đình Đức Nguyễn Minh Đức 7 Phạm Thị Hằng Bùi Ngọc Nam 7,5 Mai Đình Khơi Viên Đình Huy 5,5 Lê Nhật Minh Lê Văn Tuấn Anh Nguyễn Thị Hà Phương Đặng Thị Trang Lương Mai Trinh Cao Thị Thủy Nguyễn Thúy Ng Tổng điểm 61 5,5 62,5 Lê Ngọc Văn Mai Đức Vượng b Về kĩ Học sinh có kĩ tư q trình tổng hợp phương án thí nghiệm lại với nhau, học sinh phát huy khả thu thập liệu thông tin cần thiết Kỹ sử dụng dụng cụ đo lường Vật lí phổ biến, Kĩ phân tích, xử lí thơng tin liệu thu để giải thích số tượng Vật lí đơn giản, để giải tập Vật lí đòi hỏi suy luận lơgíc phép tính để giải số vấn đề sống Kỹ đề xuất dự án giả thuyết đơn giản mối quan hệ chất tượng vật Vật lí Có khả đề xuất phương án thí nghiệm đơn giản để kiểm tra dự đoán giả thuyết đề Có kĩ diễn đạt rõ ràng, xác ngơn ngữ Vật lí 13 c Về tình cảm thái độ Học sinh có hứng thú việc học tập mơn Vật lí áp dụng kiến thức kĩ vào hoạt động sống gia đình cộng đồng Có thái độ trung thực tỉ mỉ, cẩn thận, xác việc thu thập thơng tin Có tinh thần hợp tác học tập, đồng thời có ý thức bảo vệ suy nghĩ việc làm đắn Kết luận kiến nghị 3.1 Kết luận Trên hệ thống kiến thức số tập kỹ giải giúp học sinh hiểu sâu thêm loại tập thực nghiệm, tập nâng cao có chọn lọc xếp từ dễ đến khó, thuận lợi trình tư học sinh đồng thời giúp em phát huy khả phân tích tốn, nhận định đưa phương án tốt nhất, có nhiều sử dụng nhiều cách giải khác đêu dẫn đến kết quả, nhằm phát huy sáng tạo độc lập học sinh 3.2 Kiến nghị -Tuy nhiên, chuyên đề tơi làm nhiều thiếu sót mong nhận đóng góp bổ sung thêm ý kiến tập hay từ bạn để chuyên đề tơi hồn thiện -Tài liệu tham khảo Sách 500 tập vật lí THCS - Phan Hồng Văn Chuyên đề bồi dưỡng vật lý - Nguyễn Đình Đồn Giải tốn vật lý - tập – Bùi Quang Hân Kiến Thức nâng cao vật lý – Vũ Thanh Khiết Bài tập vật lý đại cương - tập – Vũ Thanh Khiết Tuyển chọn đề thi HSG trung học sở- Nguyễn Đức tài Chiến thắng kì thi vào 10 chuyên vật lí- Trịnh Minh Hiệp -Các SKKN đánh giá Năm học 2009 -2010 -Tên đề tài : Áp dụng phương pháp tích cực việc bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí lớp -Xếp loại B cấp huyện (Số định 310/QĐ-PGD$ĐT ) Năm 2012-2013 -Tên đề tài : Phân dạng tập chuyển động ôn thi học sinh giỏi 14 -Xếp loại c cấp huyện (Số định 224/QĐ-GDĐT ) Năm học 2015-2016 -Tên đề tài : Phương pháp chuyển mạch điện, q trình ơn thi học sinh giỏi vật lí -Xếp loại C cấp tỉnh (Số định 988/QĐ-SGD&ĐT) Xác nhận nhà trường Quảng Xương, ngày 10 tháng năm 2019 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Người viết SKKN Nguyễn Hữu Thượng 15 ... cho việc giải toán thực nghiệm phần học, góp phần nâng cao kết qua thi 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề -Trong q trình dạy tơi phân dạng tốn thực nghiệm phần học, để... phương pháp cụ thể để giải tập vật lí thực nghiệm phần học, để học học sinh nắm vững kiến thức thông qua tập định tính định lượng, kết hợp với phương pháp giải cụ thể cho toán thực nghiệm, em cảm thấy... kinh nghiệm, để đưa phương pháp làm cụ thể cho dạng tập thực nghiệm phần học 1.2 Mục đích nghiên cứu -Với kinh nghiệm qua năm dạy đội tuyển học sinh giỏi cấp huyện cấp tỉnh muốn đưa phương pháp