Biên soạn và hướng dẫn giải bài tập chương tĩnh học vật rắn, vật lí 10 nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh giỏi vật lí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ THANH BIÊN SOẠN VÀ HƢỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƢƠNG “TĨNH HỌC VẬT RẮN”, VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ HÀ NỘI - 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ THANH BIÊN SOẠN VÀ HƢỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƢƠNG “TĨNH HỌC VẬT RẮN”, VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MƠN VẬT LÍ Mã số: 8.14.01.11 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Quang Báu HÀ NỘI - 2019 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến thầy cô giáo Trường Đại học Giáo dục thầy cô giáo Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc Gia Hà Nội tận tình truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập nghiên cứu trường Đại học Giáo dục Luận văn hoàn thành hướng dẫn tận tình thầy giáo GS.TS Nguyễn Quang Báu Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy, người hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt suốt trình em thực đề tài luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, bạn đồng nghiệp em học sinh đội tuyển Vật lí Trường THPT Cầù Giấy – Quận Cầu Giấy – Hà Nội không ngừng hỗ trợ tạo điều kiện tốt cho q trình học tập, nghiên cứu hồn thiện đề tài luận văn Hà Nội , tháng 11 năm 2019 Học viên thực Nguyễn Thị Thanh i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT GV Giáo viên HS Học sinh HSG Học sinh giỏi NLST Năng lực sáng tạo TH Thông hiểu THPT Trung học phổ thông VD Vận dụng ii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Kết đạt học sinh giỏi Vật lí năm gần .23 Bảng 2.1 Mục tiêu kiến thức kĩ 32 Bảng 3.1 Điểm kiểm tra nhóm thực nghiệm 98 Bảng 3.2 Điểm kiểm tra nhóm đối chứng 99 Bảng 3.3 Thống kê điểm số 99 Bảng 3.4 Các tham số thống kê 99 Bảng 3.5 Tỷ lệ % học sinh đạt điểm giỏi, khá, trung bình, yếu .100 iii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ VÀ HÌNH Sơ đồ 2.1 Cấu trúc nội dung chương “Tĩnh học vật rắn” 27 Sơ đồ 2.2 Phân loại tập chương “Tĩnh học vật rắn” 36 Biểu đồ 3.1 Đường phân bố tần suất 101 Biểu đồ 3.2 Phân loại so sánh kết kiểm tra HS 101 Hình 3.1 Một số hình ảnh làm việc HS GV buổi học thứ 96 Hình 3.2 Một số hình ảnh làm việc HS GV buổi học thứ hai .97 Hình 3.3 Một số hình ảnh làm việc HS GV buổi học thứ ba .98 iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ii DANH MỤC CÁC BẢNG iii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ SƠ ĐỒ iv MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài………………………………………………………… Mục tiêu nghiên cứu……………………………………………………… 3 Câu hỏi nghiên cứu…………………………………………………………3 Giả thuyết khoa học…………………………………………………… .3 Đối tượng nghiên cứu………………………………………………………3 Khách thể nghiên cứu………………………………………………………3 Nhiệm vụ nghiên cứu………………………………………………………3 Phương pháp nghiên cứu………………………………………………… Cấu trúc luận văn………………………………………………………… CHƢƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VÀ BỒI DƢỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ, BÀI TẬP VẬT LÍ VÀ PHƢƠNG PHÁP HƢỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG .6 1.1 Lí luận lực 1.1.1 Khái niệm lực 1.1.2 Cấu trúc lực 1.1.3 Năng lực sáng tạo (NLST) .7 1.1.4 Những biểu lực sáng tạo học sinh học tập 1.1.5 Những cấp độ biểu lực sáng tạo học sinh học tập 1.1.6 Những điều kiện cần thiết để rèn luyện NLST HS học tập ,,,,,10 1.1.7 Một số biện pháp rèn luyện NLST cho HS 10 1.2 Dạy học theo định hướng tiếp cận lực 10 v 1.3 Vấn đề bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí 12 1.3.1 Tầm quan trọng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí .12 1.3.2 Học sinh giỏi mục tiêu dạy học sinh giỏi 13 1.3.3 Mục tiêu bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí THPT 14 1.3.4 Một số biện pháp bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí THPT 14 1.4 Bài tập Vật lí dạy học trường Trung học phổ thông 17 1.4.1 Khái niệm tập Vật lí 17 1.4.2 Vai trò, tác dụng tập Vật lí 17 1.4.3 Phân loại tập Vật lí 18 1.4.4 Phương pháp giải tập Vật lí 20 1.4.5 Sử dụng tập Vật lí nhằm bồi dưỡng lực sáng tạo cho học sinh giỏi Vật lí 21 1.5 Tình hình thực tế cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí trường THPT Cầu Giấy – Quận Cầu Giấy – Hà Nội 23 1.5.1 Đội ngũ GV Vật lí thành tích học sinh giỏi Vật lí trường THPT Cầu Giấy 23 1.5.2 Thực trạng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí trường THPT Cầu Giấy 24 CHƢƠNG BIÊN SOẠN HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƢỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƢƠNG “TĨNH HỌC VẬT RẮN” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ 27 2.1 Nội dung kiến thức chương “Tĩnh học vật rắn” 27 2.1.1 Cấu trúc nội dung chương “Tĩnh học vật rắn” 27 2.1.2 Phân tích nội dung chương “Tĩnh học vật rắn” 28 2.2 Mục tiêu dạy học chương “ Tĩnh học vật rắn” 32 2.2.1 Về tình cảm thái độ 32 2.2.2 Về kiến thức kĩ 32 vi 2.3 Phương pháp xây dựng hướng dẫn giải hệ thống tập chương “Tĩnh học vật rắn” 35 2.3.1 Phương pháp xây dựng hệ thống tập chương “Tĩnh học vật rắn” 35 2.3.2 Phương pháp hướng dẫn giải tập chương “Tĩnh học vật rắn” .36 2.4 Xây dựng hệ thống tập hướng dẫn hoạt động giải tập chương “Tĩnh học vật rắn” nhằm phát triển lực sáng tạo cho học sinh giỏi vật lí 38 2.4.1 Thiết kế hoạt động giải tập chương “Tĩnh học vật rắn” 38 2.4.2 Bài tập có hướng dẫn giải 65 2.4.3 Bài tập tự giải 86 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 90 3.1 Mục đích, nhiệm vụ, đối tượng phương pháp thực nghiệm sư phạm 90 3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 90 3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 90 3.1.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 90 3.1.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 90 3.2 Tiến trình thực nghiệm sư phạm .91 3.3 Kết xử lí kết 93 3.3.1 Xây dựng tiêu chí đánh giá 93 3.3.2 Phân tích xử lí kết 94 3.4 Nhận xét chung thực nghiệm sư phạm 102 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 PHỤ LỤC vii Khuyến nghị Phương pháp biên soạn hệ thống tập hướng dẫn hoạt động giải tập triển khai đề tài áp dụng tất phần kiến thức Vật lí nhằm bồi dưỡng HSG Hy vọng đề tài góp phần vào việc đổi phương pháp dạy học từ nâng cao hiệu cơng tác bồi dưỡng HSG cho HSG Vật lí THPT Rất mong đóng góp ý kiến của thầy cô giáo, chuyên gia lĩnh vực bồi dưỡng HSG để đề tài hoàn thiện Hướng phát triển đề tài mở rộng, phát triển sang nội dung khác chương trình Vật lí THPT, góp phần nâng cao chất lượng bồi dưỡng HSG Vật lí THPT 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO Dương Trọng Bái – Tô Giang (1998), Bài tập học, NXB Giáo dục Nguyễn Quang Báu (2010), Bài tập vật lí nâng cao 10, NXB ĐHQG Hà Nội Nguyễn Quang Báu (2017), Bài giảng bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý trung học phổ thông, Trường Đại học Giáo Dục – Đại học Quốc Gia Hà Nội Ban tổ chức kì thi (2006) Tuyển tập đề thi Olympic Vật lí 30 tháng - 2006, lần thứ XII – 2006, NXB Đại học Sư Phạm Hà Nội Ban tổ chức kì thi (2010) Tuyển tập đề thi Olympic Vật lí 30 tháng 4, lần thứ XVI – 2010, NXB Đại học Sư Phạm Hà Nội Phạm Kim Chung(2017), Giáo trình phương pháp dạy học Vật lí trường trung học phổ thơng, Trường Đại học giáo dục - Đại học quốc gia Hà Nội Nguyễn Phù Đổng (2015), Bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí 10 tập 1, NXB Tổng hợp Thành phố Hồ Chí Minh Tơ Giang - Đặng Đình Tới - Bùi Trọng Tuân(2012), Tài liệu chuyên Vật lí 10, NXB Giáo dục Bùi Quang Hân- Trần Văn Bồi - Phạm Ngọc Tiến - Nguyễn Thành Tương (1999), Giải tốn vật lí 10, NXB Giáo Dục 10 Nguyễn Quang Hòe (2017), Rèn luyện lực sáng tạo cho học sinh trung học sở qua dạy học môn tốn, Tạp chí thơng tin khoa học & cơng nghệ Quảng Bình, số 11.Vũ Thanh Khiết (2008), Tuyển tập tốn nâng cao Vật lí 10 tập 1, NXB ĐHQG Hà Nội 12 Nguyễn Văn Phương (2015), Thiết kế sử dụng công cụ đánh giá lực sáng tạo học sinh thông qua hoạt động sáng tạo dạy học Vật lí, Tạp chí Giáo dục số đặc biệt 13 Huỳnh Văn Sơn (2009) Giáo trình Tâm lí học sáng tạo, NXB Giáo dục 109 14 Lê Văn Thông - Nguyễn Văn Thoại (2006), Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí 10 tập 1, NXB Thanh Hóa 15 Lê Văn Thông, Nguyễn Văn Thoại (2006), Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi 10 tập 2, nxb Thanh Hóa 16.Trần Văn Tính (2018), Bài giảng Tâm lí học dạy học, Trường Đại học Giáo dục - Đại học Quốc Gia Hà Nội 17 Đỗ Hương Trà (2019), Dạy học phát triển lực mơn Vật lí trung học phổ thơng, NXB Đại học Sư Phạm Hà Nội 18 Lê Đình Trung - Phan Thị Thanh Hội (2018), Dạy học theo định hướng hình thành phát triển lực người học trường phổ thông, NXB Đại học Sư Phạm Hà Nội 110 PHỤ LỤC ĐỀ KIỂM TRA (Thời gian làm : 120 phút) A.TRẮC NGHIỆM Câu Đ/A Dữ kiện dùng cho câu hỏi Một cầu có khối lượng m= 1,34kg nối hai dây vào thẳng đứng AB quay với tốc độ góc  hai dây có khối lượng khơng đáng kể Hai dây AM BM bị căng tạo thành tam giác ABM hình vẽ Lực căng dây T1  35N , cho biết AB = 1,7m lấy g  9,8m / s [5, tr 33] B  M A Câu 1: Lực căng dây A T2 = 8,736N Câu 2: Tốc độ góc cầu là: A   3,38rad / s Dữ kiện dùng cho câu hỏi Hỏi lực F nằm ngang cần thiết để đảy lăn bán kính R=50cm, khối lượng m=1kg lên bậc thềm có độ cao h=20cm, lấy g =10m/s2 [11, tr 132] 111 .0 F A h Câu 3: Lực đặt vào trục lăn A F = 35/3N B F = 50/3N C F = 20/3N D F = 40/3N CF=3N D.F=6N Câu 4: Lực đặt vào đỉnh lăn A.F=5N B.F=4N Câu 5: Một thép đồng chất trọng lượng P, chiều dài l, có đầu A chốt tường thẳng đứng, đầu B có dây cáp nhẹ nối với điểm C tường, CA =l Thanh làm tường góc 600 Lực căng dây cáp T bằng: A P A 60 B B TỰ LUẬN Bài 1: Một bán cầu có khối lượng M đặt mặt phẳng năm ngang, vật M nhỏ m  10 bắt đầu trượt không ˆ0 AOB ma sát, không vận tốc đầu từ đỉnh A bán cầu Khi vật trượt đến vị trí B với 10 bán cầu bắt đầu trượt mặt phẳng nằm ngang Tìm hệ số ma sát bán cầu mặt phẳng nằm ngang.[4,tr43] 112 A B  O Bài 2: Vật A dạng hình trụ khối lượng m giữ nằm yên mặt nghiêng nêm C vật cản B, góc nghiêng nêm   300 Khoảng cách hai điểm tựa A với B C bán kính r A [4,tr37] So sánh lực A ép lên B lên C C chuyển động sang phải với gia tốc a Tính gia tốc a để A lăn qua B A C B  a Bài 3: Một đoạn dây kim loại cứng mảnh uốn thành hai nhánh đặt cho nhánh thẳng đặt trùng với trục Oy nhánh cong trùng với đồ thị hàm số y = ax3 với x>0 hình vẽ Người ta quay dây theo phần thẳng đứng dây với vận tốc góc  Một hạt có khối lượng m đặt cho chuyển động không ma sát theo nhánh cong dây Xác định vị trí cân M(x0.y0) hạt [4,tr 73,74] 113 y m  O x Bài 4: Cho hệ hình vẽ Một OA đồng chất, tiết diện có trọng lượng P1  3(N ) , quay quanh lề O Biết OA = OB, vật M có trọng lượng P2 = 2(N), dây nhẹ khơng dãn bỏ qua khối lượng rịng rọc Hệ cân Tính góc  phản lực lề O Cân có bền khơng ? O B  M A 114 ĐẤP ÁN A.TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN: 2đ Câu Đ/A B.TỰ LUẬN Bài (2đ) O F ms P1 Xét m vị trí bất ký cung AB ( bán cầu chưa trượt Lực tác dụng lên m: P , N Theo định luật II Niu-tơn: Chiếu (1) lên phương CO, chiều dương hướng vào tâm: a  Màa  Mặt khác, áp dụng định luật bảo toàn lượng: WA = WC Chọn mốc mặt phẳng nằm ngang qua O  mgh A Từ (2) (3) suy N  mg(3cos   2) (4) Lực tác dụng lên M: Trọng lực P , phản lực Q , lực ma sát F Khi bán cầu đứng yên: ( 0, 25đ Chiếu (*) lên Ox, Oy: F ms  N.sin  (5) Q  Mg  N cos (6) Khi vật m đến B bán cầu bắt đầu trượt:   100 0,25đ Từ (5), (6), (7) ta được: (Mg  N.cos)  N.sin  Bài 2(2đ) Tính phản lực Áp dụng điều kiện cân cho vật A Chiếu phương trình lên trục Ox Oy ta được: 0,25đ Vì sin   116 họn hệ qu chiếu gắn với dây kim loại Từ (3) suy R  R hân tích lực tác dụng lên vật: P Giải hệ (4),(5) ta được: R  m( 2.Tính a để A lăn qua B N; Fqt Để A lăn qua B thì: iết phương trình cân cho vật vị trí M(x0;y0) Hay R1 r.cos   mg.r.sin  m(  P  Fqt  N Bài 3: hiếu phương trình lên phương tiếp tuyến y Fqt cos  mg.sin 0 y0 P O x x0 117 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ - Suy hệ số góc tiếp tuyến  tan  mg Fqt (1) Fqt  m.2 r  m2 x0 (2) Từ (1) (2) suy tan  m2 x mg  2 x (3) g Dựa vào phương trình cho xác định hệ số góc tiếp tuyến - Từ (3) (4) giải phương trình (x0  ; y0  0) (Loại) x Bài 4(2đ) 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ 0,25đ 1) Tính góc  phản lực lề O Đặt OA = l Ta có T1 = T2 = T = P2 = (N) Áp dụng điều kiện cân OA trục quay O Hay  P cos   cos  0 2P22   32 cos  Xác định phản lực: P1 Chiếu phương trình lên trục tọa độ Ox,Oy  T.cos 600  QX  P1  T.sin 600  QY  Mà  Q  QX2  QY2  5,3(N) tan   2)Xác định dạng cân   Xét tam thức y  cos 2  cos  0,25đ Xét dấu tam thức  cos y Nhận xét: cos Nếu cos Nếu cos Vậy cân cân bền     119 ... thống tập tốt xây dựng hoạt động hướng dẫn giải tập Vật lí nhằm phát triển lực sáng tạo cho học sinh giỏi Vật lí Trong nội dung bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí phần ? ?Tĩnh học vật rắn” Vật lí 10 nội... HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ THANH BIÊN SOẠN VÀ HƢỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƢƠNG “TĨNH HỌC VẬT RẮN”, VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ... LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VÀ BỒI DƢỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ, BÀI TẬP VẬT LÍ VÀ PHƢƠNG PHÁP HƢỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THƠNG .6 1.1 Lí luận lực