Làm thế nào để dạy cho học sinh hiểu sâu sắc các khái niệm Vật lý và đặc biệt là các định luật bảo toàn: Định luật bảo toàn động lượng, định luật bảo toàn công, định luật bảo toàn cơ năng, định luật bảo toàn năng lượng trong chương trình Vật lý lớp 10 và một số điểm cần chú ý khi dạy các khái niệm và các nội dung định luật để học sinh không nhầm lẫn khi vận dụng nó vào việc giải các bài tập Vật lý và giải thích các hiện tượng Vật lý liên quan. Mời quý thầy cô tham khảo sáng kiến “Những vấn đề cần lưu ý khi giảng dạy các đinh luật bảo toàn trong chương trình Vật lý lớp 10”.
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý KHI GIẢNG DẠY CÁC ĐINH LUẬT BẢO TOÀN TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ LỚP 10 A đặt vấn đề: Các định luật bảo toàn phần quan trọng vật lý lớp 10 PTTH, sau học sinh trang bị đủ lượng kiến thức để giải toán học phương pháp động lượng học Nó xếp riêng biệt, đồng thời sở để nghiên cứu nhiều tốn lớp Vì phải coi phần vật lý quan trọng, khơng trang bị cho em phương pháp để giải toán học: (Phương pháp dùng định luật bảo toàn) mà phương pháp tổng quát phương pháp động lực học áp dụng rõ lực tác dụng lên vật Với lý mà thân học sinh lớp 10 phải nắm vững kiến thức phần đặc biệt khái niệm khái niệm công, khái niệm động lượng, khái niệm năng, lượng Ngoài phải biết nắm vững vận dụng thành thạo định luật Ngược lại học phần nhiều học sinh đối tượng trung bình đặc biệt đối tượng yếu, hiểu mơ hồ, lúng túng Do vậy, nên muốn đưa số ý kiến xung quanh việc làm để dạy cho em phần cách dễ hiểu số vấn đề cần ý đối giảng dạy phần B Giải vấn đề Trước hết phải biết hiểu cách tổng quát rằng: Các định luật bảo toàn độc lập định luật Niutơn định luật Niutơn không (tránh quan niệm cho chúng hệ nhau, đành từ định luật II III Niutơn chứng minh định luật bảo toàn động lượng ngược lại từ định luật bảo toàn biến thiên động lượng suy định luật II III Niutơn) Các định luật bảo toàn có ý nghĩa đặc biệt trường hợp cần nghiên cứu trình diễn hệ vật mà ta chưa biết liên hệ nội q trình Trong trường hợp định luật bảo tồn cơng cụ để xâm nhập vào quy luật tự nhiên Nó cung cấp phương pháp giải toán học hữu hiệu, bổ sung cho phương pháp động lượng học phương pháp để giải toán học chưa biết rõ lực tác dụng Sự phát triển vật lý chứng tỏ ý nghĩa việc nghiên cứu định luật bảo toàn Mỗi định luật biểu bảo tồn thuộc tính đặc trưng đại lượng vật lý tương ứng vật chất, mối liên hệ vật chất hình thức tồn khơng gian thời gian Trong trình giảng dạy muốn hình thành cho học sinh giới quan vật biện chứng nhân sinh quan khoa học, cần phải vạch rõ tính tổng qt định luật bảo tồn ý nghĩa kỹ thuật Định luật bảo toàn động lượng: Ở SGK trình bày trước hết giới thiệu khái niệm hệ kín khái niệm động lượng khái niệm học sinh cần phải giới thiệu cụ thể cho em a Về khái niệm hệ kín: Về mặt lý thuyết định nghĩa SGK: "Một hệ vật gọi hệ kín vật hệ tương tác với mà khơng tương tác vật ngồi hệ" Nói khác đi: Hệ kín hệ có nội lực mà khơng có ngoại lực cần nhấn mạnh thêm hai điểm: + Nội lực đôi trực đối theo định luật III Niutơn nên không gây gia tốc cho hệ + Khơng có ngoại lực tác dụng lên hệ điểm thứ tuyệt đối điểm thứ hai cần phải hiểu cách tương đối cần lưu ý rằng: - Các ngoại lực đơi khử Ví dụ: Hai viên bi lăn bàn khơng có ma sát trọng lực bị khử phản lực bàn - Các ngoại lực tác dụng lên hệ theo phương khử (hệ coi kín theo phương đó) - Có ngoại lực nhỏ so với nội lực Ví dụ: Các vụ nổ, va chạm v.v - Sự tương tác vật hệ xảy thời gian ngắn, thời gian nội lực lớn ngoại lực Ví dụ: Sự va chạm hai viên bi bàn nổ viên đạn b Về khái niệm động lượng: Theo cách xây dựng khái niệm SGK phù hợp có hai điểm cần lưu ý xây dựng khái niệm động lượng cho học sinh: + Từ ví dụ tương tác hai viên bi khối lượng, khác khối lượng để khẳng định khơng phải vận tốc bảo tồn + Tiến hành làm thí nghiệm đến xây dựng khái niệm động lượng: r r p = m.v * Những điểm cần nhấn mạnh: + Động lựợng véc tơ có phương, chiều trùng với phương, chiều véctơ vận tốc tức trùng với phương, chiều chuyển động + Động lượng hệ vật tổng véctơ động lượng vật r p1 hệ: r p r r r p = p1 + p2 + (Phép cộng quy tắc HBH quy tắc đa giác) a r p2 Cần lưu ý với học sinh độ lớn: p = p12 + p22 + p1 p2 cos a nói chung p ¹ p1 + p2 mà dây học sinh hay cho p = p1 + p2 đối tượng yếu + Đặc biệt lưu ý cho học sinh c Định luật bảo tồn động lượng: r r r v ¹ v1 + v2 "Tổng động lượng hệ kín bảo tồn" (Biểu diễn véctơ khơng đổi độ lớn lẫn hướng) * Cần nhấn mạnh cho học sinh: r + Véctơ tổng p bảo toàn (khơng đổi) cịn động lượng r r vật hệ p1 , p2 khơng đổi chủ yếu thay đổi (khơng bảo tồn) + Động lượng bảo tồn theo phương theo phương hệ kín + Nếu hệ khơng kín thời gian tương tác nhỏ (Sự va chạm, nổ ) nội lực lớn ngoại lực nên hệ coi kín động lượng hệ bảo tồn Định luật bảo tồn cơng: a Khái niệm công: Khác với em học THCS biểu thức tính cơng viết tổng qt A = F.S.Cosa Điều cần nhấn mạnh từ biểu thức tính cơng thức ta thấy: Nếu a = 900 ® A = 0, hướng lực vng góc với hướng đường cơng (lực không sinh công) Nếu 900 < a £ 1800 (lực cản) ® A < ® cơng lực cản công âm Nếu 00 £ a < 900 (lực phát động) ® A > ® cơng lực phát động cơng dương b Định luật bảo tồn: Tất máy học không làm cho ta lợi công: lợi lần lực thiệt nhiêu lần đường cịn giá trị công thực không đổi Cần lưu ý với học sinh điều khơng có ma sát cịn thực tế có ma sát (ở mặt phẳng nghiêng, trục rịng rọc ) nên cơng phải thực lớn cơng có ích: A' = F'.S > A = F.S Từ đưa cho học sinh khái niệm hiệu suất máy học Định luật bảo toàn năng: a Khái niệm lượng, năng: + Như SGK nêu: Năng lượng đại lượng đặc trưng cho khả thực công vật hay hệ vật Giá trị lượng vật hay hệ vật trạng thái cơng cực đại mà vật (hệ vật) thực trình biến đổi định - cần ý nhấn mạnh: trình biến đổi định, xét q trình khác cơng khác - Cũng cần hiểu mặt thể chuyển hoá lượng: Lượng lượng chuyển hố từ dạng sang dạng khác có trị số cơng lực + Cần phân biệt cho học sinh lượng năng: - Cơ năng lượng học cụ thể lượng chuyển động học (động năng) lượng tương tác học (thế năng) có hai loại động và dạng lượng - Cần phải hiểu năng lượng trường lực trọng lực (lực hấp dẫn) gọi hấp dẫn; Thế lực đàn hồi (thế đàn hồi) trường tĩnh điện (gọi điện - em học lớp 11) Cịn lực khơng phải lực (lực ma sát chẳng hạn) không gây cho vật Theo chứng minh biểu thức lực đàn hồi phương pháp đồ thị SGK học sinh khó hiểu chứng minh theo cách sau phù hợp với đối tượng mà học sinh kiến thức tốn cịn non địa phương nay: Giả sử từ trạng thái lị xo có độ dài tự nhiên, ta kéo giãn đoạn x ta thực công A = F x Ta lấy giá trị trung bình trình ngoại lực kéo tay ta tăng liên tục theo tăng lực đàn hồi Khi bắt đầu kéo F = Khi lò xo giãn đoạn x: F = k.x Trong đó: k độ cứng lị xo, khơng đổi nghĩa F tỉ lệ thuận với x ta viết F = + kx kx kx = ® A = x = k x 2 2 Công biến thành lực đàn hồi E = A = kx 2 b Định luật bảo tồn năng: Trong hệ kín khơng có ma sát bảo tồn Biểu thức: Nên viết tổng quát (mgh) TNTrL Động ổỗ m.v ửữ + Th nng ố2 ứ = hng s ổ1 2ử ỗ kx ữ TNH ố2 ứ - Cần ý khơng có ma sát hệ - Như toán va chạm: + Nếu va chạm đàn hồi, động lượng bảo toàn + Nếu va chạm mềm có động lượng bảo tồn cịn khơng bảo tồn Theo tơi học sinh cần phải hiểu để áp dụng làm toán tốn va chạm c Định luật bảo tồn lượng: Nên đặt câu hỏi cho học sinh: Nếu hệ kín có ma sát sao? rõ ràng khơng bảo tồn có đại lượng bảo toàn động lượng Vật lý học đại dã khẳng định tổng dạng lượng (hay cịn gọi lượng tồn phần) bảo tồn So với SGK theo cần phát biểu định luật cách đầy đủ, chi tiết hơn: Xét hệ kín lượng khơng tự nhiên sinh khơng tự mà chuyển hố thành tương đương từ dạng sang dạng khác, từ vật sang vật khác lượng tổng cộng hệ bảo toàn Cần ý thêm cho học sinh: Sự chuyển hố lượng ln ln đặc trưng cơng lực công lượng mà công số đo lượng lượng chuyển hố (biến đổi) Ví dụ: Một vật chuyển động có ma sát mặt phẳng nằm ngang chuyển động chậm dần, không đổi động giảm dần nên giảm dần, vật mặt phẳng nóng lên (nội tăng lên) Phần biến thành nội có trị số công lực ma sát, điều phù hợp với định lý động năng: độ biến thiên động = công ngoại lực Về mặt lý thuyết: Năng lượng hệ bảo tồn hệ lập, song thực tế vận dụng để giải tập ta lại gặp hệ khơng lập Ví dụ: Khi xét chuyển động cầu lăn không trượt mặt phẳng nghiêng ta sử dụng định luật bảo toàn năng, học sinh cần rõ ràng áp dụng định luật bảo tồn hai lý sau: + Quả cầu chuyển động trường lực (trường trọng lực) + Ngoại lực tác dụng lên cầu không sinh công (phản lực mặt phẳng nghiêng lên cầu vuông góc với phương dịch chuyển cầu, cịn lực ma sát coi không đáng kể) C kết luận đề tài: Trên số ý kiến cá nhân xung quanh việc làm để dạy cho học sinh hiểu sâu sắc khái niệm vật lý đặc biệt định luật bảo toàn: Định luật bảo toàn động lượng, định luật bảo tồn cơng, định luật bảo tồn năng, định luật bảo tồn lượng chương trình vật lý lớp 10 số điểm cần ý dạy khái niệm nội dung định luật để học sinh khơng nhầm lẫn vận dụng vào việc giải tập vật lý giải thích tượng vật lý liên quan Vì khả tư vật lý đối tượng học sinh lớp 10 hạn chế nên khái niệm định luật phần trìu tượng em thầy giáo biết mổ xẻ kiến thức, đặc biệt biết lấy ví dụ thực tế để làm tường minh khái niệm nội dung định luật học sinh tiếp cận (Vì lý khn khổ viết nên tơi chưa có điều kiện nêu thêm ví dụ đây) Với nội dung hy vọng phần giúp bạn đồng nghiệp tham khảo thêm để nâng cao tay nghề mong đóng góp ý kiến bạn đọc ... định luật bảo toàn năng, định luật bảo toàn lượng chương trình vật lý lớp 10 số điểm cần ý dạy khái niệm nội dung định luật để học sinh không nhầm lẫn vận dụng vào việc giải tập vật lý giải thích... đề tài: Trên số ý kiến cá nhân xung quanh việc làm để dạy cho học sinh hiểu sâu sắc khái niệm vật lý đặc biệt định luật bảo toàn: Định luật bảo toàn động lượng, định luật bảo tồn cơng, định luật. .. em phần cách dễ hiểu số vấn đề cần ý đối giảng dạy phần B Giải vấn đề Trước hết phải biết hiểu cách tổng quát rằng: Các định luật bảo toàn độc lập định luật Niutơn định luật Niutơn không (tránh