Đề tài hệ thống lại các kiến thức lý thuyết cần thiết về trọng lượng riêng, khối lượng riêng và phân loại các bài tập thành các loại là định tính và định lượng. Ứng với mỗi loại là hướng dẫn giải, đặc biệt trong đề tài này, với bài tập định lượng tôi đưa ra được hướng dẫn giải dưới dạng sơ đồ khối vô cùng hiệu quả.
Phương pháp giải một số dạng bài tập về khối lượng riêng, trọng lượng riêng phục vụ công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS MUC LUC ̣ ̣ MUC LUC ̣ ̣ 1 Phần thứ nhất: MỞ ĐẦU 1 Phần thứ 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 3 TAI LIÊU THAM KHAO ̀ ̣ ̉ 19 Phần thứ nhất: MỞ ĐẦU I. Đặt vấn đề 1. Lý do lý luận Từ xưa đến nay,Bộ Giáo dục và Đào tạo (GD&ĐT) đã rất quan tâm tới công tác đào tạo phát triển học sinh giỏi nhằm kịp thời “ động viên, khuyến khích người dạy và người học phát huy năng lực sáng tạo, dạy giỏi, học giỏi; góp phần thúc đẩy việc cải tiến, nâng cao chất lượng dạy và học, chất lượng cơng tác quản lý, chỉ đạo của các cấp quản lý giáo dục; đồng thời phát hiện người học có năng khiếu về mơn học để tạo nguồn bồi dưỡng, thực hiện mục tiêu đào tạo nhân tài cho đất nước” [1]. Trong năm 2018, cả 38/38 lượt học sinh thuộc 7 đội tuyển dự Olympic khu vực và quốc tế đều đoạt huy chương, trong đó có 13 huy chương vàng, 14 huy chương bạc, 11 huy chương đồng. Thống kê của Bộ Giáo dục cho thấy với 13 huy chương vàng, năm 2018 cũng là năm đồn học sinh giỏi của Việt Nam đoạt thành tích cao trong các kỳ thi Olympic khu vực và quốc tế so với những năm trước đây. Lý giải về những bước tiến này, Bộ GD&ĐT cho rằng đó là do Bộ quan tâm, Trang 1 Phương pháp giải một số dạng bài tập về khối lượng riêng, trọng lượng riêng phục vụ cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS có những điều chỉnh tích cực như duy trì và đổi mới kỳ thi chọn học sinh giỏi các cấp. Trong dạy học vật lý, bài tập vật lý đóng một vai trị quan trọng, đặc biệt là trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi. Thơng q giải bài tập vật lý học sinh thu nhận được các khái niệm mới, phương pháp giải một bài tập nào đó… giúp học sinh vận dụng, khắc sâu kiến thức, phát triển năng lực nhận thức và giải quyết vấn đề Qua nhiều năm bồi dường học sinh giỏi tơi nhận thấy các bài tập về trọng lượng riêng, khối lượng riêng chiếm một phần khơng nhỏ trong cấu trúc các đề thi học sinh giỏi các cấp.Vì thế chúng ta cần dành thời gian quan tâm nhiều đến phần kiến thức này 2. Lý do thực tiễn Bài tập về khối lượng riêng, trọng lượng riêng khi học trong chương trình Vật lý 6 các em mới chỉ nhận biết những khái niệm, bài tập vận dụng cơ bản nhất. Một số đề tài khác cũng đã phân loại và giải một số bài tập về khối lượng riêng trọng lượng riêng nhưng cịn mức đơn giản trong sách giáo khoa, chỉ đưa ra bài giải chứ chưa hướng dẫn giải từng bước cụ thểcho học sinh. Do vậy, các em gặp nhiều khó khăn khi gặp phải những dạng bài tập này. Vì thế, tơi mạnh dạn đưa ra đề tài:“Phương pháp giải một số dạng tập về khối lượng riêng, trọng lượng riêng phục vụ cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS”mà tơi đúc rút được trong q trình ơn luyện học sinh giỏi. Hy vọng rằng các bạn đồng nghiệp và các em học sinh sau khi tham khảo đề tài này sẽ có kỹ năng giải các bài tốn về trọng lượng riêng, khối lượng riêng trong các đề thi học sinh giỏi II. Mục đích nghiên cứu Đề tài hệ thống lại các kiến thức lý thuyết cần thiết về trọng lượng riêng, khối lượng riêng và phân loại các bài tập thành các loạilà định tính và định lượng. Ứng với mỗi loại là hướng dẫn giải, đặc biệt trong đề tài này, với bài tập định lượng tơi đưa ra được hướng dẫn giải dưới dạng sơ đồ khối vơ cùng hiệu quả Trang 2 Phương pháp giải một số dạng bài tập về khối lượng riêng, trọng lượng riêng phục vụ cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS Đề tài được viết ra nhằm mục đíchtìm ra phương pháp hướng dẫn học sinh giải các bài tập về khối lượng riêng, trọng lượng riêng nhanh, hiệu quả, dễ dàng, giúp học sinh tiếp thu nhanh kiến thức, đạt được kết quả cao trong các kì thi học sinh giỏi do các cấp tổ chức Phần thứ 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I. Cơ sở lí luận của vấn đề Vật lý là mơn khoa học giúp học sinh nắm bắt quy luật vận động của giới vật chất, biết phân tích và vận dụng những quy luật ấy vào thực tiễn. Trong nhiều trường hợp dù giáo viên có trình bày tài liệu một cách mạch lạc, phát biểu định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng u cầu và có kết quả chính xác thì đó chỉ là điều kiện cần chứ chưa đủ để học sinh hiểu và nắm sâu sắc kiến thức. Chỉ thơng qua giải các bài tập Vật lý dưới hình thức này hay hình thức khác tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các tình huống cụ thể thể kiến thức đó mới trở nên sâu sắc và hồn thiện. Bài tập giúp học sinh vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những nhiệm vụ của học tập và những vấn đề mà thực tiễn đặt ra Phương pháp giải bài tập Vật lý là khả năng định hướng, vận dụng một cách có mục đích, sáng tạo các kiến thức của mình trong việc tìm lời giải hợp lý nhất cho một bài tập. Học sinh có phương pháp tốt sẽ biết cách phân tích đề bài để từ đó phân loại được bài tập, xác định được hướng giải quyết đúng và trình bày lời giải một các logic, chính xác Một số đề tài khác cũng nghiên cứu và phân loại bài tập về khối lượng riêng trọng lượng riêng nhưng còn một số hạn chế sau: + Đã phân loại bài tập nhưngcác dạng bài tập mức ởmức cơ bản trong sách giáo khoa + Chưa đưa ra hết hệ thống kiến thức cần thiết liên quan cần sử dụng để vận dụng làm bài tập + Chỉ đưa ra bài giải chứ chưa hướng dẫn giải từng bước giải cụ thể cho các học sinh nên học sinh gặp nhiều khó khăn, khơng nắm chắc được bản chất nên dễ nhầm lẫn và dễ qn kiến thức Trang 3 Phương pháp giải một số dạng bài tập về khối lượng riêng, trọng lượng riêng phục vụ cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS Các giải pháp đưa ra trong đề tài khối lượng riêng và trọng lượng riêng của chương trình Vật lý THCS này tơi đã khắc phục được một số hạn chế ở các đề tài trước như sau: + Đã phân loại bài tập theo hai phương thức giải chính là bài tập định tính và bài tập định lượng, ứng với mỗi loại tội đã lựa chọn, sắp xếp các dạng bài tập tuần tự từ dễ tới khó để hướng dẫn giải cho học sinh + Đưa ra hệ thống đầy đủ kiến thức liên quan cần thiết để vận dụng làm bài tập + Đối với các dạng bài tập định lượng, tơi đưa ra hướng dẫn giải dưới dạng sơ đồ khối để học sinh có thể phân tích đề bài, xác định được hướng giải đúng và trình bày một cách logic, hợp lý. Giúp học sinh tự tin hơn khi tiếp cận những bài tập nâng cao khi tham gia các kì thi tìm kiếm học sinh giỏi do các cấp tổ chức II. Thực trạng vấn đề Xuất phát từ nhiện vụ đào tạo của nhà trường là đào tạo thế hệ trẻ cho đất nước phát triển tồn diện về mọi mặt. Xuất phát từ ngun lý của giáo dục“học phải đi đơi với hành”, trong q trình ơn luyện học sinh giỏi tơi ln chú trọng tới cung cấp cho các em một hệ thống các kiến thức logic, tổng qt và phương pháp giải từng dạng bài ngắn gọn nhất, dễ hiểu nhất Trước khi chuẩn bị thực hiện đề tài, tơi đã tiến hành khảo sát chất lượng học sinh giỏi về khả năng giải bài tập trọng lượng riêng, khối lượng riêng để kiểm tra kiến thức của học sinh. Bản thân tơi đưa ra 6 bài tập trọng lượng riêng, khối lượng riêng gồm 3 bài tập định tính, 3 bài tập định lượng với mức độ khó dễ khác nhau thì thu được kết quả như sau: Số lượng học sinh Năm học tham gia (Tỉ lệ %) 20162017 3 Hs Bài tập định tính Bài tập định lượng Làm đúng Làm sai Làm đúng Làm sai (Tỉ lệ %) (Tỉ lệ (Tỉ lệ %) (Tỉ lệ %) 0 Hs 3 Hs %) 1 Hs Trang 4 2 Hs Phương pháp giải một số dạng bài tập về khối lượng riêng, trọng lượng riêng phục vụ công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS 100% 33,3% 66,7% 0% 100% Qua kết quả khảo sát, tơi nhận thấy việc giải bài tập cơ bản về trọng lượng riêng các em làm tương đối tốt, những những bài tập nâng cao thì các em gặp khơng ít khó khăn khi giải. Những khó khăn mà các em thường gặp phải trong q trình giải gồm: khơng làm được do khơng định hướng được cách giải, đổi đơn vị sai, nhầm lẫn giữa các đại lượng vật lý, qn cơng thức tính,trình bày bài giải lủng củng nên các em dễ mất điểm đáng tiếc mặc dù nó khơng q khó Nhận thấy những điểm yếu trên tơi đã suy nghĩ để tìm ra giảipháp giúp khắc phục những khó khăn để có thể tiếp tốt nhất kiến thức được truyền đạt. Sau một thời gian tìm tịi, bằng tất cả kinh nghiệm có được, tơi đã viết ra đề tài “phương pháp giải một số dạng bài tập về khối lượng riêng, trọng lượng riêng phục vụ cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS” Đề tài đưa ra hệ thống các kiến thức, các cơng thức cơ bản nhất phục vụ cho việc làm bài tập. Sau đó, đề tài đã phân riêng từng dạng, ứng với mỗi dạng là hướng dẫn các bước phân tích đề, các bước để giải và cuối cũng là bài giải hồn chỉnh Khi đưa ra thử nghiệm đề tài, học sinh của tơi đã tiếp thu nhanh những kiến thức được truyền đạt, đồng thời làm được những bài tập tương tự, tư duy được và làm được những bài tập đã có sự biến đổi dựa tên sườn những bài tập đã học III. Các giải pháp đã tiến hành đề giải quyết vấn đề Để hỗ trợ cho đề tài, tôi đã khái quát đầy đủ kiến thức cần thiết để áp dụng làm bài tập. Cụ thể như sau: 1. Hệ thống kiến thức 1.1. Khối lượng riêng Khái niệm: Khối lượng riêng của một chất là khối lượng của 1m3 chất đó Kí hiệu: D Trang 5 Phương pháp giải một số dạng bài tập về khối lượng riêng, trọng lượng riêng phục vụ cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS Cơng thức tính: Khối lượng riêng( D)= hay D= Đơn vị: kg/m3 hay g/cm3 Tính khối lượng riêng, khối lượng hay thể tích của vật: D = m = D.V V = Lưu ý:Khối lượng m có đơn vị là kg, thể tích V có đơn vị là m3thì khối lượng riêng D có đơn vị là kg/m3; khối lượng m có đơn vị là g, thể tíchV có đơn vị là cm3 thìD có đơn vị là g/cm3. Nên nếu thể tích hay khối lượng của vật có đơn vị khơng tương ứng thì ta phải đổi đơn vị cho tương ứng rồi mới giải Cách đổi đơn vị của khối lượng riêng: + Đổi từ kg/m3 sang g/cm3 Ta có: x ( ) = x. ( ) = (g/cm3) Hay ta có thể nhớ: Muốn đổi x từ kg/m3 sangg/cm3 ta chỉ việc lấy x chia cho 1000 + Đổi từ g/m3 sang kg/m3 Ta có: x ( ) = x. ( ) =x.1000 (g/cm3) Hay ta có thể nhớ: Muốn đổix từ g/cm3 sang kg/m3 ta chỉ việc lấy x nhân cho 1000 1.2.Trọng lượng riêng Khái niệm: Trọng lượng riêng của một chất là trọng lượng của 1m3 chất đó Kí hiệu: d Cơng thức tính: Trọng lượng riêng (d) = Đơn vị: kg/m3 hay g/cm3 Tính trọng lượng riêng, trọng lượng hay thể tích của vật Trang 6 hay d = Phương pháp giải một số dạng bài tập về khối lượng riêng, trọng lượng riêng phục vụ cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS d = P = d.V V = Lưu ý: Trong các cơng thức này trọng lượng P có đơn vị là N, thể tích V có đơn vị là m3, trọng lượng riêng d có đơn vị là N/m3. Nếu đơn vị của thể tích V chưa phải là m3 thì phải đổi về m3 1.3. Mối quan hệ giữa khối lượng riêng (D) và trọng lượng riêng (d) Ta có: d = hay D = Với hệ thống kiến thức cơ bản nêu trên, tasẽ lần lượt tìm hiểu các dạng bài tập cụ thể cũng như phương pháp giải cho từng dạng như sau: 2. Phương pháp giải 2.1. Bài tập định tính Bài tập định tính (BTĐT) là những bài tập mà khi giải, học sinh khơng cần thực hiện các phép tính phức tạp mà phải sử dụng những phép suy luận lơgic trên cơ sở hiểu rõ bản chất của các khái niệm, định luật vật lý và nhận biết được những biểu hiện của chúng trong các trường hợp cụ thể Đối với loại BTĐT, việc xác lập lời giải thường gây cho học sinh nhiều khó khăn vì nó địi hỏi phải lập luận một cách lơgic, có căn cứ đầy đủ và xác đáng về mặt kiến thức. Thực tế giảng dạy cho thấy, do ít được vận dụng kiến thức vào thực tiễn, ít được tiếp cận với các dạng BTĐT trong q trình học tập, nên đứng trước những BTĐT, học sinh thường có xu hướng đưa ra những lời giải đáp khơng thỏa đáng, hời hợt, thậm chí khơng chính xác 2.1.1. Phương pháp giải bài tốn thực hành đo một đại lượng vật lý nào đó Để giải các bài tốn thực hành đo một đại lượng vật lý nào đó ta cần: Viết cơng thức đại lượng tính đó ra Để xác định các đại lượng trong cơng thức ta xem xét các dụng cụ có sẵn có thể dùng để đo được đạt lượng nào, ta tiến hành đo đại lượng đó. Nếu Trang 7 Phương pháp giải một số dạng bài tập về khối lượng riêng, trọng lượng riêng phục vụ cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS khơng thể đo trực tiếp ta ta phải tìm bước đo trung gian để tính đại lượng cần đo đó Khi đo xong các đại lượng có trong cơng thức, ta tính đại lượng cần đo theo cơng thức đã viết Lưu ý: Khi tính giátrị của các đại lượng cần đo, ta cần lưu ý đơn vị của các đại lượng liên quan, nếu đơn vị chưa hợp lý thì phải đổi cho hợp lý Bài tập1: Hãy nói cách xác định trọng lượng riêng của vật khơng thấm nước, có hình dạng bất kỳ để vật lọt vào bình chia độ.Biết rằng dụng cụ chỉ có bình chia độ và lực kế Giải: Bước 1:Xác định trọng lượng P của vật khơng thấm nước bằng lực kế Bước 2:Xác định thể tích V của vật khơng thấm nước bằng bình chia độ Lấy nước vào bình chia độ ghi mực nước ban đầu V1 , cho bức tượng vào ghi mực nước dâng tới mực V2 Xác định V = V2 – V1 P Bước 3: Tính trọng lượng riêng theo cơng thức d = V − V Bài tập 2: Bạn Trâm có một bức tượng vũ nữ nhỏ, muốn xác định xem bức tượng có khối lượng riêng là bao nhiêukg/m3trong khi bạn chỉ có một lực kế và một bình chia độ có thể bỏ lọt bức tượng vào.Em hãy giúp Trâm làm việc đó Giải: Bước 1: Dùng lực kế để xác định trọng lượng của bức tượng (N), tính khối lượng của bức tượng bằng cơng thức m=P/10 (kg) Bước 2: Đo thể tích của vật bằng bình chia độ Lấy nước vào bình chia độ ghi mực nước ban đầu V1, cho bức tượng vào ghi mực nước dâng tới mực V2 Trang 8 Phương pháp giải một số dạng bài tập về khối lượng riêng, trọng lượng riêng phục vụ cơng tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS Xác định V = V2 – V1 được thể tích bức tượng V, đổi ra đơn vị m3 Bước 3: Tính khối lượng riêng theo cơng thức D = (kg/m3) Bài tập 3:Hãy xác định khối lượng riêng của thủy ngân. Cho dụng cụ gồm: + Lọ thủy tinh rỗng đủ lớn + Nước có trọng lượng riêng D + Cân đồng hồ có độ chính xác cao, có giới hạn đo (GHĐ) và độ chia nhỏ nhất (ĐCNN) phù hợp Giải: Bước 1: Dùng cân để xác định khối lượng lọ rỗng: m Bước 2: Đổ nước đầy lọ rồi xác định khối lượng của lọ nước:m1 Khối lượng của nước là mn = m1 m Bước 3:Dung tích của lọ là cũng là thể tích của nước là: V=Vn = Bước 4:Đổ hết nước ra, đổ thủy ngân đầy lọ, dùng cân để xác định khối lượng của lọ thủy ngân: m2 Khối lượng của thủy ngân là: mtn = m2 m Bước 5:Dung tích của lọ khơng đổi nên khối lượng riêng của thủy ngân là: Dtn = D 2.1.1 Phương pháp giải bài tốn kiểm tra vật đặc rỗng Để giải các bài tốn kiểm tra vật đặc rỗng ta cần: Xác định khối lượng riêng của vật Xác định khối lượng riêng của chất tạo nên vật So sánh D vật và D chất tạo vật + Nếu D vật = D chất tạo vật : vật đặc Trang 9 Phương pháp giải một số dạng bài tập về khối lượng riêng, trọng lượng riêng phục vụ công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý THCS + Nếu D vật