SKKN - Khơi dậy đam mê Vật Lý

KHƠI DẬY NIỀM ĐAM MÊ Quá trình dạy và học tích cực đòi hỏi phải có sự biến đổi không ngừng về cả tư duy lẫn hành động của người dạy và người học. Trong quá trình đó không thể thiếu niềm đam mê khoa học. Đã là giáo viên, bất kể ai cũng đều mong muốn khơi dậy ở học sinh niềm đam mê đó, nhưng làm thế nào? Đó là cả một thách thức, một quá trình sáng tạo không ngừng, đòi hỏi chính bản thân người thầy trước hết phải có một niềm đam mê lớn. Môn vật lí mà tôi giảng dạy vốn dĩ đã có một sự cuốn hút kì lạ từ chính sự huyền ảo của các quy luật tự nhiên. Nhưng đôi khi trong quá trình dạy và học, vì quá để tâm tới câu chữ, tới các định lí, định luật mà ta bỏ qua sắc màu tự nhiên của chính các hiện tượng đó, làm nó trở nên khô cứng và thiếu hấp dẫn. Người học thì thấy nhàm chán, người dạy thì thấy tẻ nhạt, nặng nề. Vậy tại sao ta lại không trả lại sự hấp dẫn vốn có của môn học? Trong bài viết này tôi muốn bày tỏ một số gợi ý sử dụng lồng ghép các thí nghiệm đơn giản, dễ làm trong dạy và học vật lí ở trường Cao đẳng để bài học sinh động hơn, thực tế hơn và cuốn hút hơn. Đối với học phần nhiệt học, ở bài sự hóa hơi và ngưng tụ, mở đầu bằng câu hỏi “khi bay hơi nhiệt độ của chất lỏng thay đổi như thế nào?”. Muốn biết bạn hãy xoa một chút cồn lên da ta sẽ cảm thấy mát lạnh do khi cồn bay hơi đã mang theo nhiệt lượng ở chỗ bôi cồn đó. Còn nếu chưa tin vào cảm giác của mình ta có thể làm thí nghiệm nhiệt kế bầu ướt để kiểm tra như sau: lấy ra hai nhiệt kế (H 1.1), đem bọc đầu dưới của một nhiệt kế bằng bông, rồi tưới ẩm phần bông bọc đó bằng cồn hoặc nước. Một lát sau, bạn sẽ thấy nhiệt độ chỉ trên nhiệt kế đó là thấp hơn nhiệt kế kia (H 1.2). Thực nghiệm này chỉ ra điều gì? Chất lỏng (nước, rượu …) có thể bay hơi và việc giảm nhiệt độ này chứng tỏ khi bay hơi thì chất lỏng lạnh dần đi và tiếp thu nhiệt lượng ở môi trường xung quanh. Thay cho một câu thông báo hay một diễn tả bằng lời, học sinh được cảm nhận trực tiếp, kiến thức sẽ được khắc sâu hơn. Để củng cố kiến thức của chương Biến đổi trạng thái của các chất, ta làm thí nghiệm cho nước vào chiếc cốc nhỏ, và chiếc cốc to, sau đó treo chiếc cốc nhỏ vào chiếc cốc to, và dùng đèn cồn để nung nóng phía đáy của chiếc cốc lớn. Một lát sau nước trong chiếc cốc to sôi bùng lên. Nhưng thật lạ là nước trong cốc nhỏ lại không sôi bùng lên, dù có tiếp tục đun lâu hơn nữa ở đáy chiếc cốc H 2 H 1.1 H 1.2 to (H 2). Dùng nhiệt kế để đo thì thấy nhiệt độ trong chiếc cốc to và chiếc cốc nhỏ đều bằng nhau. Học sinh sẽ phải trả lời tại sao đun mãi mà nước không sôi. Hãy khuyến khích để mỗi học sinh mạnh dạn bày tỏ ý nghĩ của mình, bạn sẽ biết học sinh của mình có gì trong đầu và kiến thức mà họ thu lượm được tròn trịa hay méo mó. Học sinh phải tổng hợp các kiến thức về truyền nhiệt, sự hóa hơi để tìm được câu trả lời. Vì nhiệt độ nước trong cốc to tăng đến 100 o C, nước trong cốc nhỏ cũng tăng lên đến 100 o C, nhưng nước trong cốc to tăng đến 100 o C thì sôi, nhiệt lượng nó tiếp tục nhận được đều dùng để làm nước hoá hơi, nhiệt độ nước trong cốc to không tăng hơn nữa. Do vậy, giữa cốc to và cốc nhỏ không có sự trao đổi nhiệt nữa. Nước trong cốc nhỏ không còn tiếp tục hấp thu nhiệt lượng từ nước của cốc to nên không thể sôi. Chuẩn bị một qủa bóng bay và một chiếc chai cổ dài. Cho qủa bóng vào trong chai, vành chặt miệng quả bóng ra quanh miệng chai. Đặt mồm vào miệng chai, bạn thổi thật mạnh qủa bóng bay phồng to lên cỡ nào? Bạn nghĩ sao? Quả bóng sẽ to lên hết cỡ đến khi bằng chai? Nhưng không, kết qủa, quả bóng chỉ phồng lên một chút, rồi không sao to lên được nữa! Do trong chai có không khí. Khi đã dùng miệng qủa bóng vành chặt lấy miệng chai thì số không khí đó bị nút chặt ở trong chai. Khi bạn thổi thể tích khí ở trong chai do bị ép đã co lại một phần, do đó áp lực ở trong chai tăng lên, áp lực đối với qủa bóng bay cũng tăng lên. Khi áp lực trong chai và áp lực sinh ra trong quả bóng bay là tương đương nhau thì thổi mấy qủa bóng bay cũng không to thêm. Đây cũng là một ví dụ tốt để củng cố kiến thức cho định luật Boile- Mariot. Đến khi học cơ, về các định luật Newton và các lực trong tự nhiên ta cũng có thể làm các thí nghiệm nhỏ lí thú, ví dụ như “chiếc cốc tự biết đi”. Tìm một tấm kính, ngâm trong nước một lúc, sau đó một đầu đặt lên bàn, còn một đầu kia thì gác lên mấy cuốn sách (cao độ 5- 6m). Lấy một chiếc cốc thuỷ tinh, miệng cốc có bôi một ít nước, lật ngược, úp miệng cốc trên miếng kính. Khi đó, tay cầm ngọn nến đã đốt cháy hơ nóng phần đáy chiếc cốc. Bạn sẽ ngạc nhiên thấy: Chiếc cốc tự nó biết dịch chuyển qua một bên! (H3) Đã có lực nào tác dụng làm chiếc cốc biết đi vậy? Học sinh của bạn có thể trao đổi đưa ra lí giải để tìm ra người tàng hình đã đẩy chiếc cốc đi. Đó là hơi nóng làm không khí trong chiếc cốc dần dần giãn nở vì nhiệt, muốn thoát ra ngoài chiếc cốc. Nhưng miệng cốc đã bị lật úp, lại có một lớp nước bịt kín miệng cốc, không khí nóng không thoát ra nổi, chỉ có cách phải đội chiếc cốc lên, giảm áp lực làm lực ma sát nhỏ đi và dưới tác dụng của trọng lực, chiếc cốc trượt suống theo chiều nghiêng đặt miếng kính. Với thí nghiệm này để giải thích phải vận dụng cả kiến thức học phần khác để tránh hình thành ở học sinh kiểu tư duy theo lối mòn, tìm kiếm câu trả lời trong sách vở hay lục tìm trong kiến thức của chương bài một cách máy móc, đòi hỏi học sinh sự suy tưởng và tư duy rộng mở hơn, tự do hơn. Đối với học phần Quang học cơ hội làm thí nghiệm càng nhiều với rất nhiều màu sắc. Về sự tán xạ ánh sáng, đầu tiên ta hãy cho học sinh làm thí nghiệm “nước màu”: Trong một cốc nước chứa đầy nước, cho vào hai thìa canh sữa bò hoặc nước cơm, khuấy đều. Dùng dây nhỏ H 3 H 4 quấn chắc một chiếc gương phẳng, rồi treo ngâm vào cốc. Dùng đèn pin vừa lắp pin mới chiếu vào chiếc gương phẳng, quan sát thấy ánh sáng phản xạ lại từ chiếc gương phẳng có mang màu. Nếu không ngừng thay đổi độ sâu của chiếc gương trong nước thì màu sắc của ánh sáng phản xạ cũng không ngừng biến đổi - khi đưa gương từ chỗ nông xuống sâu dần dần thì màu ánh sáng phản xạ thay đổi từ trắng - vàng - đỏ - đỏ sẫm. Lí do là ánh sáng trắng là tổng hợp của các ánh sáng đơn sắc có màu và có độ dài bước sóng khác nhau (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) hợp thành. Trong những ánh sáng màu tím, lam… có bước sóng khá ngắn, khả năng xuyên thấu kém, khi qua lớp chất lỏng thì bị những phân tử nước và những hạt nhỏ huyền phù làm tán xạ, nên không có cách gì xuyên qua lớp nước; còn ánh sáng vàng, cam, đỏ có bước sóng tương đối dài, khả năng xuyên thấu cũng theo thứ tự mà tăng lên. Do đó có hiện tượng nêu trên. Sau khi giải thích thí nghiệm này học sinh có thể vận dụng để giải thích tại sao ông trời lại thích khoác lên mình chiếc áo xanh? Tại sao bình minh có màu hồng … . Đứng cách chiếc gương lớn lắp ở cánh tủ quần áo khoảng 1 mét, dùng khăn bông bay trùm lấy đầu mình, rồi giơ đèn pin cao ngang đầu rọi sáng vào chiếc gương. Khi nhìn thấy những tia phản xạ lại từ chiếc gương sẽ phát hiện những vòng hào quang rất đẹp. Ánh sáng không chỉ có thể phản xạ, mà khi gặp những vật cản rất nhỏ (ở thực nghiệm này là những sợi của khăn ni - lông) thì phát sinh nhiễu xạ. Với ánh sáng có màu sắc (bước sóng) khác nhau thì khi phát sinh nhiễu xạ, mức độ uốn gãy của chúng cũng khác nhau, nên hình thành những vòng sắc màu rực rỡ - những vòng hào quang đẹp vô vàn! (H5) Ta hoàn toàn có thể dùng những vòng hào quang huyền ảo đó để giới thiệu về nhiễu xạ, nó sẽ kích thích trí tò mò của các em muốn tìm hiểu ánh sáng nhiễu xạ như thế nào? H 5 H 6 Lấy hai nắp hộp nhựa mềm, có đường kính 30-40 milimét, dùng đầu kim nhọn hơ nóng đỏ để đục một lỗ nhỏ (đường kính khoảng 1 milimét) ở giữa một chiếc nắp. Sau đó ở hai bên của mỗi nắp, khoan hai lỗ nhỏ để luồn dây, làm thành một cặp kính đeo. Đeo cặp kính đó lên mắt, bạn sẽ nhìn rõ mọi thứ xung quanh (H6). Kỳ lạ với cặp kính đó thì người cận thị, viễn thị nặng đến bao nhiêu thì cũng đều có thể nhìn thấy mọi vật rất rõ. Đây là vận dụng nguyên lí tạo ánh qua lỗ nhỏ. Khi ánh sáng xuyên qua lỗ nhỏ, cho dù vật hứng sáng ở gần hay xa, thì ảnh của nó vẫn rõ. Võng mạc mắt người cũng tựa như màn hứng sáng. Với người mắt bị cận thị thì ảnh thường rơi vào trước màn hứng sáng (võng mạc), còn với người bị viễn thị thì ảnh rơi ra sau màn hứng sáng. ảnh không rơi vào màn hứng sáng thì nhìn không rõ. Khi mắt kính có đục lỗ nhỏ thì dù cận thị hay viễn thị, ảnh đều có thể hình thành trên võng mạc, cho nên nhìn được rõ. Đây là minh chứng rất tốt cho nguyên lí tạo ảnh qua lỗ nhỏ. Và sau khi học phần quang hình ta có thể thách thức học sinh bằng một câu đố: làm thế nào để xác định tiêu cự của một thấu kính phân kì (một kính cận)? Cho các em thời gian và xem các em sáng tạo, có thể ta sẽ tìm ra rất nhiều cách hay ngoài cách lấy một tấm bìa màu trắng để vẽ nên hình cặp mắt kính có kích thước gấp đôi mắt kính thực tế của người cận thị (chỉ về độ dài, rộng). Đặt mặt kính song song và ở phía trên tấm bìa đó, cho tia nắng chiếu thẳng vào, điều chỉnh cự ly giữa mặt kính và tấm bìa sao cho bóng của mặt kính chồng khít lên mặt vẽ trên tấm bìa, dùng thước đo cự ly giữa mặt kính và tấm bìa, cự ly đó chính là tiêu cự f (đơn vị là mét) của mặt kính. Trong phần cơ học chất lưu có rất nhiều thí nghiệm thú vị cũng như ứng dụng trong cuộc sống. Lực đẩy acsimet các em đã được học từ cấp hai, nếu sau khi học lại ở bậc cao đẳng mà yêu cầu các em viết biểu thức hay các định lực đẩy ácimet tác dụng lên một vật chìm trong nước thì chắc đa phần học sinh làm tốt nhưng nếu làm thí nghiệm lấy một chai thuỷ tinh trong suốt, chỉ chứa một ít nước nóng, rồi xóc mạnh để tạo ra bọt nổi lên phía trên. Quan sát kĩ thấy những bọt khí to thì nổi lên nhanh, bọt khí nhỏ thì nổi lên chậm, có những bọt khí rất nhỏ thì rất lâu mới nổi lên tới mặt nước. Yêu cầu các em giải thích. Khi đó chưa chắc đã dễ dàng nhận ra chính lực đẩy acsimmet đã làm nên sự khác biệt nếu không thật sự hiểu vấn đề. Tìm hiểu phương trình Bernoulli, học sinh có thể vận dụng để lí giải rất nhiều hiện tượng tự nhiên. Lấy một ví dụ nhỏ: dùng một lõi ống chỉ, cắt lấy một miếng bìa hình vuông, đóng một chiếc ghim vào giữa miếng bìa đó. Dùng tay đỡ miếng bìa để ghim lồng vào lỗ của lõi chỉ. Từ phía trên của lõi chỉ, ta thổi mạnh đồng thời bỏ tay đỡ miếng bìa ra, miếng bìa sẽ thế nào? … rơi xuống … đó chắc sẽ là câu trả lời phổ biến. Nhưng bạn sẽ thấy tờ bìa không rơi xuống mà vẫn lơ lửng sát phần phía dưới của lõi chỉ. Thật bất ngờ, nhưng thật vì khi bạn dùng sức để thổi thì dòng khí tốc độ cao sẽ thoát ra từ khe hở giữa phần dưới lõi chỉ và tờ bìa. Áp suất chỗ khe hở đó nhỏ hơn áp suất ở mặt dưới của tờ bìa, do đó tờ bìa bị không khí phía dưới nâng lên, không rơi. Đó cũng chính là nguyên lí bay lên của máy bay. Mặt trên của cánh máy bay được thiết kế có hình lòng mo, còn mặt dưới thì phẳng. Khi máy bay bay về phía trước, dòng khí ở mặt trên của cánh máy bay có tốc độ lớn hơn dòng khí ở phía dưới cánh, do vậy máy bay có được lực nâng lên tương đối lớn. Lấy một que diêm, dùng ít nhựa cao su bọc đầu que diêm diều chỉnh lượng cao su bọc thêm để que diêm có thể đứng thẳng, nổi lơ lửng trong bình nước. Cho que diêm đã chuẩn bị xong như trên, thả vào bình hẹp miệng, chứa đấy nước. Dùng ngón tay cái ấn chặt, bịt miệng bình sao cho giữa ngón tay cái và nước trong bình không lưu lại bọt khí. Khi ấn ngón tay cái xuống, que diêm sẽ chìm xuống đáy bình; khi khẽ nâng một chút (để chỉ có áp lực nhỏ), que diêm ở đáy bình từ từ nổi lên. Không chế áp lực ngón tay đè lên miệng bình có thể làm cho que diêm lặp lại chuyển động chìm, nổi trong bình. Bạn sẽ trở thành một nhà ảo thuật tài ba còn học sinh của bạn sẽ là những khán giả chăm chú, bắt đầu một bài học về sự nổi như vậy thật hấp dẫn. Và kết thúc bài học ta trở lại thí nghiệm và trao cho các em cơ hội vạch trần bí mật của nhà ảo thuật sẽ giúp các em thỏa mãn trí tò mò và khắc sâu kiến thức hơn. Hãy làm tiếp một thực nghiệm: Treo một sợi chỉ căng ngang theo đường kính của một vòng tròn, rồi nhúng vào nước xà phòng. Một màng xà phòng căng ngang và sợi chỉ uốn éo chia đôi vòng tròn đó. Nếu ta chọc thủng màng xà phòng bên phải, như có một lực vô hình, sợi chỉ căng thành cung tròn (H 8.1). Nếu thay sợi chỉ bằng vòng chỉ rồi chọc thủng ở giữa, ta sẽ có một vòng chỉ tròn trịa (H 8.2). Thực nghiệm này có thể giúp ta khám phá đặc điểm của lực căng mặt ngoài, luôn tác dụng vuông góc với đường giới hạn. Với những thí nghiệm đơn giản như thế ta hoàn toàn có thể gợi ý để học sinh tự làm. Ví dụ như khi học về sức căng mặt ngoài của nước, ta có thể hướng dẫn để các em làm con thuyền không người lái. Cắt con thuyền nhỏ bằng bìa cứng, rồi khoét ở đuôi thuyền một lỗ nhỏ, nhét vào lỗ đó một cục xà phòng nhỏ, đặt thuyền vào chậu đựng nước sạch. Sẽ thấy con thuyền tự nó chạy lên phía trước. Làm con thuyền là nhiệm vụ về nhà của các em, sản phẩm sẽ phải trình bày vào giờ học sau kèm theo lời giải thích thuyết phục cho sự chuyển động của con thuyền. Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, nhưng hiện nay trong trường học cơ hội để học sinh tiếp cận với thí nghiệm, và cơ hội tự làm thí nghiệm là rất ít. Trong khi thực nghiệm rất sẵn có trong cuộc sống, nên nếu kết hợp được các thí nghiệm của cuộc sống vào trong bài học thì thật tuyệt vời đối với cả thầy và trò. Và khi ta tiếp cận được với thực tế thì trường học sẽ không còn là lâu đài của nàng công chúa ngủ trong rừng nữa mà trường học là cuộc sống. Tài liệu tham khảo - Thí nghiệm vui vật lí – eBook. H 8.1 H 8.2 H 7 . trình đó không thể thiếu niềm đam mê khoa học. Đã là giáo viên, bất kể ai cũng đều mong muốn khơi dậy ở học sinh niềm đam mê đó, nhưng làm thế nào? Đó là. KHƠI DẬY NIỀM ĐAM MÊ Quá trình dạy và học tích cực đòi hỏi phải có sự biến đổi không