Xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập chương dòng điện không đổi chương trình vật lý 11 nâng cao nhằm phát huy tính tích cực của người học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGÔ QUÝ CẨN XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI” CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ 11 NÂNG CAO NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC CỦA NGƯỜI HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ HÀ NỘI – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGÔ QUÝ CẨN XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI” CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ 11 NÂNG CAO NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC CỦA NGƯỜI HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC (BỘ MƠN VẬT LÍ) Mã số: 60 14 01 11 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS BÙI VĂN LOÁT HÀ NỘI – 2014 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc chân thành tới thầy giáo PGS.TS Bùi Văn Lốt tận tình bảo, hướng dẫn động viên suốt trình thực đề tài Tơi xin trân trọng cảm ơn thầy, cô giáo khoa Sau đại học, trường Đại học Giáo Dục, Đại học Quốc Gia Hà Nội, tồn thể thầy giáo tham gia giảng dạy, giúp đỡ trưởng thành thời gian học tập trường, tạo điều kiện đóng góp ý kiến q báu giúp tơi hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, thầy cô giáo giảng dạy Vật lí trường THPT Trần Nguyên Hãn thành phố Hải Phòng, thầy Hội đồng Nhà trường tạo điều kiện thời gian đóng góp ý kiến thời gian tơi làm thực nghiệm sư phạm trường Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới đồng nghiệp, bạn bè gia đình tơi ln tạo điều kiện, động viên giúp đỡ suốt thời gian học tập thực đề tài Hà Nội, tháng 11 năm 2014 Tác giả Ngô Quý Cẩn CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU TRONG LUẬN VĂN STT Chữ viết tắt/ kí hiệu Chữ viết đầy đủ // Song song CN Cử nhân ĐC Đối chứng ĐH Đại học GV Giáo viên HS Học sinh nt Nối tiếp NXB Nhà xuất PBL Dạy học dựa vấn đề 10 PGS Phó giáo sư 11 PP Phương pháp 12 PPDH Phương pháp dạy học 13 TN Thực nghiệm 14 TNSP Thực nghiệm sư phạm 15 TP Thành phố 16 TS Tiến sỹ 17 TTC Tính tích cực 18 THPT Trung học phổ thơng 19 VTV Truyền hình Việt Nam DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng Nội dung bảng Bảng 3.1 Thống kê kết kiểm tra Bảng 3.2 Xử lí để tính tham số Bảng 3.3 Tổng hợp tham số Bảng 3.4 Bảng phân phối tần số, tần suất, tần suất tích lủy DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ STT Đồ thị Nội dung đồ thị Đồ thị 3.1 Đồ thị phân bố tần suất Đồ thị 3.2 Đồ thị phân bố tần suất tích lũy (hội tụ lùi) MỤC LỤC Tran Trang g Lời cảm ơn i Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt ii Danh mục bảng iii Danh mục đồ thị iii MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng khách thể nghiên cứu Vấn đề nghiên cứu Giả thuyết khoa học Giới hạn phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Phương pháp nghiên cứu 10 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ BÀI TẬP VẬT LÍ VÀ GIẢI PHÁP PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC CỦA HỌC SINH TRONG HỌC TẬP VẬT LÍ 1.1 Khái niệm tập vật lí 1.1.1 Bài tập vật lí 1.1.2 Người giải (hệ giải) 1.1.3 Sơ đồ giải tập vật lí 1.1.4 Phân loại tập vật lí 1.2 Mục tiêu, vị trí, vai trò, nhiệm vụ tập vật lí dạy học 10 1.2.1 Bài tập vật lí giúp cho học sinh đào sâu, mở rộng kiến thức 10 1.2.2 Bài tập vật lí điểm khởi đầu để dẫn dắt tới kiến thức 11 1.2.3 Bài tập vật lí giúp rèn kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn 11 1.2.4 Bài tập vật lí hình thức làm việc tự lực cao học sinh 11 1.2.5 Bài tập vật lí góp phần làm phát triển tư học sinh 12 1.2.6 Bài tập vật lí giúp kiểm tra, đánh giá độ nắm vững kiến thức học sinh 12 1.2.7 Bài tập vật lí gây hứng thú góp phần phát huy tính tích cực học sinh 12 1.3 Quan điểm tính tích cực phương pháp dạy học tích cực 12 1.3.1 Tính tích cực 12 1.3.2 Phương pháp dạy học tích cực 14 1.3.3 Một số phương pháp dạy học tích cực 15 1.4 Phân tích thực trạng tính tích cực học sinh THPT giai đoạn gần 29 1.4.1 Hiện trạng tính tích cực học sinh Việt Nam sau năm 2000 29 1.4.2 Nhiệm vụ đổi phương pháp dạy học, phát huy tính tích cực học sinh 33 1.5 Phương pháp phát huy tính tích cực học sinh học tập vật lý 34 1.5.1 Thông qua đổi phương pháp dạy học 34 1.5.2.Thông qua đổi nội dung tập 34 CHƯƠNG XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP NÂNG CAO NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC CỦA HỌC SINH KHI HỌC CHƯƠNG “DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI” VẬT LÍ LỚP 11 2.1 Cấu trúc nội dung vị trí chương “Dòng điện khơng đổi” chương trình vật lí lớp 11 nâng cao 36 2.1.1 Sơ đồ cấu trúc nội dung 36 2.1.2 Vị trí vai trò chương “Dòng điện khơng đổi” chương trình vật lí lớp 11 nâng cao 37 2.2 Mục tiêu kiến thức, kĩ cần đạt qua việc giảng dạy chương “Dòng điện không đổi” 37 2.2.1 Nội dung kiến thức học sinh cần đạt sau học chương “Dòng điện khơng đổi” 37 2.2.2 Nội dung kỹ học sinh cần đạt sau học chương “Dòng điện khơng đổi” 38 2.3 Xây dựng hướng dẫn giải hệ thống tập chương “Dòng điện khơng đổi” thuộc chương trình Vật lý 11 nâng cao 39 2.3.1 Bài tập định nghĩa dòng điện, cường độ dòng điện 39 2.3.2 Bài tập định luật Ôm điện trở tương đương 44 2.3.3 Bài tập cơng dòng điện nguồn điện 55 2.3.4 Bài tập định luật Ơm cho tồn mạch 62 2.3.5 Bài tập định luật Ôm cho loại đoạn mạch, ghép nguồn thành 70 CHƯƠNG 3.THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 76 3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm (TNSP) 76 3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 76 3.2 Đối tượng nội dung thực nghiệm sư phạm 76 3.3 Thời gian thực nghiệm 77 3.4 Những thuận lợi khó khăn gặp phải cách khắc phục làm thực nghiệm sư phạm 77 3.5 Phương pháp tiến hành thực nghiệm sư phạm 77 3.6 Các bước tiến hành thực nghiệm 78 3.7 Đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 79 3.7.1 Xây dựng tiêu chí để đánh giá 79 3.7.2 Phân tích kết thực nghiệm mặt định tính 80 3.7.3 Phân tích kết mặt định lượng 82 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận 89 Khuyến nghị 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC 94 10 điện nhỏ gây lên đạt tới hàng triệu tỷ hạt, lớn trăm nghìn lần dân số giới - Yêu cầu học sinh - Đọc giải Bài giải hệ tập Trình bày thống tập: trước lớp - Nhận xét v rms = 3RT  1.105 (m / s ) M a) I  q Ne  t t N b) I  It  2.1019 e q Ne n.V e    nSve t t t I  8,333.105 ( m / s ) S n.e Như vận tốc chuyển động v có hướng electron tạo dòng điện lại nhỏ, nhỏ tỉ lần so với vận tốc chuyển động nhiệt - Yêu cầu học sinh - Đọc tập Bài Trong dây dẫn kim loại giải tập số giải số lượng nút mạng vô hệ thống tập nhiều, chúng xếp dày đặc Dưới tác dụng - Đọc nhận xét lời giải - Trình bày lời giải điện trường electron dẫn thích trước lớp chuyển động có hướng đương nhiên va chạm với nút mạng, điều làm giảm tốc độ lệch hướng 107 chuyển động có hướng electron nên tốc độ chuyển động có hướng electron nhỏ Nếu ta tính quãng đường chuyển động có hướng electron khoảng vài cm - Yêu cầu học sinh - Đọc tập Bài Khi có điện trường, giải tập số giải electron tự vừa tham hệ thống tập gia chuyển động nhiệt, vừa tham gia chuyển động có - Đọc nhận xét lời giải - Trình bày lời giải hướng, chúng va chạm với thích trước lớp nút mạng, truyền thêm động cho nút mạng, nút mạng dao động mạnh hơn, nhiệt độ dây dẫn kim loại tăng lên, điện chuyển hóa thành nhiệt Hoạt động (8 phút): Củng cố giao tập nhà - Như tiết học em giải số tập chuyển động electron dây dẫn kim loại, loại chuyển động ta khơng nhìn biết kết tồn dòng điện - Rút cơng thức tính tốc độ chuyển động có hướng điện tích có dòng điện chạy qua mơi trường - Giải thích tượng tỏa nhiệt dây dẫn có dòng điện chạy qua (tác dụng nhiệt dòng điện) - Về nhà em tiếp tục làm tập 1,3,6,7 phiếu tập 108 V RÚT KINH NGHIỆM Cần lưu ý: Trong hoạt động giải học sinh, giáo viên phải làm rõ mối liên hệ cường độ dòng điện tốc độ chuyển động có hướng hạt mang điện Việc nêu mối quan hệ tỉ lệ thuận mà chưa có công thức cụ thể chưa đủ để làm cho học sinh lớp thực nghiệm tự giải tập số hệ thống tập -Hết tiết 18 Tiết 24: Bài tập định luật Ôm loại đoạn mạch, ghép nguồn thành I MỤC TIÊU Về kiến thức - Hệ thống kiến thức phương pháp giải tốn định luật Ơm cho loại đoạn mạch - Giải toán ghép nguồn thành Về kĩ - Rèn luyện kĩ phân tích tốn - Vận dụng công thức học vào giải tập Về thái độ - Rèn thái độ tích cực, tự lực nghiên cứu vấn đề khoa học Phẩm chất lực - Nghiên cứu tài liệu - Tự giải vấn đề II CHUẨN BỊ Giáo viên: Chuẩn bị phiếu tập, tài liệu có nội dung sau: PHIẾU BÀI TẬP Bài 36: Cho đoạn mạch chứa nguồn hình 2.18 Biết: UAB=30V; E=12V; R1=R2=3; R3=R4=5 Tìm cường độ dòng điện chạy qua điện trở 109 R3 E A R1 R2 R4 B Hình 2.18 Bài 37 Cho mạch điện hình 2.19 Biết nguồn có suất điện động điện trở là: E1=36V, r1=1; E2=6V, r2=2; điện trở R=10 Tìm cường độ dòng điện chạy nhánh mạch điện E1,r1 E2,r2 A B R Hình 2.19 Bài 38 Cho mạch điện hình 2.20 Biết: ξ1=10V; ξ2=15V; ξ3=20V; ξ4=25V; R1=50Ω; R2=55 Ω; R3=60 Ω; R4=65 Ω Bỏ qua điện trở nguồn điện dây nối Hãy xác định cường độ dòng điện chạy qua điện trở E3 R3 E1 R1 R2  E2 R4 E4 Hình 2.20 Bài 39 Sử dụng nguồn điện giống có E=6V, r=0,1 để ghép thành nguồn hỗn hợp đối xứng cho nguồn có Eb=24V, rb=0,2 Tính số nguồn sử dụng Bài 40 Một động điện nhỏ, có điện trở r=1Ω, hoạt động bình thường cần hiệu điện U=10V cường độ dòng điện I= 1A 110 a) Tính cơng suất hiệu suất động cơ, tính suất phản điện động hoạt động bình thường b) Khi động bị kẹt khơng quay được, tính cơng suất động cơ, hiệu điện đặt vào động U=10V Hãy rút kết luận thực tế c) Để cung cấp điện cho động hoạt động bình thường người ta dùng 18 nguồn nguồn có e=2V, r0=1Ω Hỏi nguồn phải mắc hiệu suất nguồn bao nhiêu? TÀI LIỆU VÀ ĐỊNH LÝ KIẾC-XỐP Định luật Kiếc-xốp I Định luật phát biểu dòng điện, nội dung là: “ Tổng dòng điện vào nút tổng dòng điện khỏi nút ” Hoặc là: “Tổng đại số dòng điện nút khơng”: Trong phân tích mạch điện, quy ước chiều dương dòng điện nhánh cách tuỳ ý, sau áp dụng định luật I kết phân tích cho biết chiều thực dòng điện Nếu dòng điện sau phân tích thời điểm t có kết dương chiều thực dòng điện thời điểm chiều mà chọn, ngược lại, giá trị âm chiều thực dòng điện ngược chiều quy ước Chúng ta thấy từ định luật Kirchhoff viết Nn phương trình, có Nn -1 phương trình độc lập Như có Nnh- Nn+1 dòng điện nhánh coi giá trị tự Định luật Kiêc-xốp II Định luật phát biểu điện áp, nội dung là: “ Tổng đại số sụt áp phần tử thụ động vòng kín tổng đại số suất điện động có vòng kín ” Hoặc là: “Tổng đại số sụt áp nhánh vòng kín khơng” Khi phân tích mạch điện, để việc áp dụng định luật II thuận tiện, mạch chứa nguồn dòng cần phải chuyển dạng nguồn áp Ta chọn vòng khơng với chiều vòng kín 111 tuỳ ý Nhưng viết định luật II cho nhiều vòng nên ý tất phương trình độc lập với Học sinh: Đọc kỹ kiến thức định luật Ôm cho loại đoạn mạch, ghép nguồn thành III HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Ổn định lớp ( phút) Bài * Vào Chúng ta vừa xây dựng, thiết lập cơng thức định luật Ơm cho loại đoạn mạch, nghiên cứu nguồn Hãy giải tập phiếu tập sau để tìm hiểu thểm kiến thức liên quan * Tiến trình giảng dạy Hoạt động (4 phút): Phát phiếu tập, phiếu bổ trợ kiến thức Hoạt động (30 phút): Giải tập Hoạt động thầy Hoạt động trò Nội dung bổ trợ - Yêu cầu học sinh - Nghiên cứu tài Bài 36 giải Bài 36 hệ liệu Định luật Kiếc- Giả sử dòng điện chạy thống tập xốp I mạch hình 2.18’ - Cho học sinh chấm - Áp dụng định luật chéo nhận xét Ôm cho loại giải đoạn mạch, tính độ I3 E R3 A R1 R4 I1 Hình 2.18’ - Nhận xét hoạt động sụt áp UAB học sinh, kết - Giải toán toán I R2 Có: - Chấm chéo: nêu U AB  I1 ( R1  R4 )  I R2  8I1  3I  30 kết U AB  I1 ( R1  R4 )  I R3  E  8I1  I  12  30 Và có: I1  I  I Vậy ta có hệ phương trình: 112 B 8I1  3I  30   I1  I  I  8I  I  18  Giải hệ phương trình ta có nghiệm: 204   I1  79  2,58( A)  246   3,11( A) I2  79  42   I   79  0,53( A)  Vậy chiều dòng điện I3 giả sử ban đầu sai Chiều dòng điện I3 chạy theo chiều ngược với giả sử I1  2,58 A ; I  3,11A I  0,53( A) - Yêu cầu học sinh - Nghiên cứu tài Bài 37 giải Bài 37 hệ liệu Định luật Kiếc- Giả sử chiều dòng điện thống tập xốp I II chạy mạch điện hình 2.19’ - Cho học sinh chấm - Giải toán I1 E1,r1 chéo nhận xét - Chấm chéo: nêu giải kết A I2 E2,r2 B - Nhận xét hoạt động I học sinh, kết R Hình 2.19’ tốn Áp dụng định lý Kiếc-sốp ta có: I1r1  I r2  E1  E2  113 I r2  IR  E2  Áp dụng định luật nút cho nút A ta có: I  I1  I Ta có hệ phương trình sau:  I1r1  I r2  E1  E2    I r2  IR  E2  I  I  I   I1  2.I  30  Thay số: 2 I  10 I  I  I  I  1 Giải hệ ta có nghiệm:  I1  11,625 A   I  9,1875 A  I  2, 4375 A  Vậy chiều dòng điện I2 giả sử ban đầu sai Chiều dòng điện I2 ngược lại với giả sử ban đầu - Yêu cầu học sinh - Giải toán Bài 40 giải Bài 40 hệ a) Có cơng suất hao phí: thống tập Php  I r  12.1  1(W) Cơng suất tồn phần là: - Cho học sinh chấm Php  U I  10.1  10(W) chéo nhận xét Công suất động là: giải Pci  Ptp  Php  10   9(W) - Nhận xét hoạt động Hiệu suất là: học sinh, kết 114 toán H Pci 100%  90% Ptp Mặt khác: I  U   1(A) r    U  I r  10  1.1  9(V ) - Làm việc nhóm, b) Khi bị kẹt thì: lập luận cho trường  '   I  hợp động bị kẹt U 10   10( A) r Công suất tỏa nhiệt là: P  I r  102.1  100(W) Hiệu suất là: H I U  I 2r 100%  0% I U Kết luận: Toàn điện cung cấp cho động chuyển hóa thành nhiệt làm nóng máy Hiệu suất sử dụng - Tranh luận nhóm, giải toán cho trường hợp c) Để động hoạt động bình thương thì: b   nguồn mắc hỗn hợp I  r  r  1A b đối xứng   b  10  rb   b  rb  10 Chọn cách mắc hỗn hợp đối xứng ta có: b  me  2.m   m m rb  n r  n 115 m  2m   10  n nm  18 Suy ra: m  36m  180   m  n  Mắc thành mắt nguồn nỗi tiếp, mắt nguồn có nguồn song song Hoạt động 3: Củng cố giao tập nhà (5 phút) - Như tiết học em áp dụng định luật Ôm cho loại đoạn mạch (Bài 36, 37) giải toán ghép nguồn thành hỗn hợp đối xứng (Bài 40) - Về nhà em tiếp tục làm tập lại phiếu tập (Bài 38, 39) V RÚT KINH NGHIỆM Cần phải bổ sung thêm tập phần này, với số lượng Trong giải toán 37, 39 học sinh sử dụng định lý Kiếc-sốp mà khơng nêu dạng định luật Ơm cho tồn mạch Điều lý giải thấy có thống hai định luật Định luật Kiếc-sốp học sinh biết thông qua nghiên cứu tài liệu mà giáo viên cung cấp nên thể tính tích cực -Hết tiết 24 Phụ lục 2: Đề kiểm tra ĐỀ KIỂM TRA VẬT LÝ Thời gian làm 30 phút Họ, tên thí sinh: Số báo danh: I Phần câu hỏi trắc nghiệm (5 điểm) 116 Câu 1: Hai bóng đèn có cơng suất định mức P1 < P2 làm việc bình thường hiệu điện U Cường độ dòng điện qua bóng đèn điện trở bóng lớn hơn? A I1 > I2 R1 > R2 B I1 > I2 R1 < R2 C I1 < I2 R1>R2 D I1 < I2 R1