Sáng kiến kinh nghiệm về bài tập thí nghiệm môn vật lý

MỤC LỤC I MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài 2 Mục đích nghiên cứu 3 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng khảo sát, thực nghiệm Phương pháp nghiên cứu Phạm vi kế hoạch nghiên cứu II PHẦN NỘI DUNG Một số vấn đề tập thí nghiệm Thực trạng việc sử dụng BTTN Một số giải pháp III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 10 Kết luận 10 Kiến nghị 10 BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT Viết tắt BTTN BTVL CNTT GV HS MVT PPDH SBT SGK THPT TN VL Viết đầy đủ Bài tập thí nghiệm Bài tập vật lí Cơng nghệ thơng tin Giáo viên Học sinh Máy vi tính Phương pháp dạy học Sách tập Sách giáo khoa Trung học phổ thông Thí nghiệm Vật lí SỬ DỤNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN VẬT LÍ 12 NÂNG CAO I MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Như biết, Vật lí mơn khoa học thực nghiệm, hầu hết kiến thức vật lí rút từ quan sát thí nghiệm Chính dạy học vật lí trường phổ thơng, TN phương tiện quan trọng việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS, TN có vai trị to lớn việc nâng cao hứng thú học tập mơn, góp phần vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp hướng nghiệp cho học sinh trung học phổ thông Dạy học tập hoạt động quan trọng dạy học môn khoa học tự nhiên trường THPT Bài tập thí nghiệm dạng tập đặc trưng mơn Vật lí Bài tập thí nghiệm tập giải phải làm thí nghiệm phải quan sát để thu thập liệu cho việc giải tập, dự kiến phải nghiên cứu phụ thuộc thông số để giải tập kiểm tra lại lời giải lí thuyết Như BTTN vừa tập vừa thí nghiệm nên phát huy tốt chức hai hoạt động đặc thù Để BTTN phát huy tốt chức nó, người GV cần có phương pháp giảng dạy phù hợp Từ trước đến nay, việc dạy BTTN lớp thường theo phương pháp truyền thống: GV đề, HS giải trình bày phương án trả lời lên bảng giấy, sau GV kết luận, có điều kiện GV thực thí nghiệm thực cho HS quan sát Phương pháp dạy lí tưởng GV HS thực thí nghiệm kiểm chứng phương án nêu Tuy nhiên, thực tế BTTN dễ dàng thực lớp, có nhiều nguyên nhân việc này, điều kiện sở vật chất dụng cụ, hạn chế thời gian, yêu cầu đảm bảo an tồn Nếu khơng thực thí nghiệm thực mà GV khơng tìm phương pháp khác trực quan hóa phương án nêu BTTN khơng thể phát huy hết vai trị mình, việc giảng dạy BTTN không đạt hiệu mong muốn Mặt khác, GV thực thí nghiệm thực, khơng có phương tiện hỗ trợ việc phân tích chế tượng xảy (như phân tích lực, chuyển động, ) gặp khó khăn số HS khó hiểu sâu sắc thí nghiệm mà GV vừa thực Như yêu cầu đặt để việc dạy BTTN vật lí có hiệu GV phải có phương tiện hỗ trợ thực thí nghiệm thực phải có phương án thay khơng thực thí nghiệm Chương Động lực học vật rắn vật lí 12 nâng cao chương có nhiều kiến thức gần gũi với đời sống, GV sử dụng BTTN giảng dạy, nhiên BTTN phần khó thực thí nghiệm thực, BTTN sách giáo khoa chưa trọng nhiều nên học sinh cịn khó khăn việc lĩnh hội, vận dụng tri thức vào thực tiễn Chúng ta nên có hệ thống BTTN thuộc chương này, đồng thời đề phương án giảng dạy phù hợp với hỗ trợ MVT nhằm thực tốt mục tiêu rèn luyện cho HS phương pháp ứng dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn, góp phần nâng cao hiệu học tập Xuất phát từ lí trên, chúng tơi chọn đề tài: “Sử dụng tập thí nghiệm dạy học chương động lực học vật rắn vật lí 12 nâng cao” Mục đích nghiên cứu Xây dựng phương án sử dụng hệ thống BTTN với hỗ trợ MVT tiến trình dạy học chương “Động lực học vật rắn” vật lí 12 nâng cao Đối tƣợng nghiên cứu - Hoạt động dạy học chương “Động lực học vật rắn” Vật lí 12 nâng cao - BTTN vật lí Đối tƣợng khảo sát, thực nghiệm Học sinh lớp 12 nâng cao trường THPT Lê Lợi Phƣơng pháp nghiên cứu  Nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu văn kiện Đảng nhà nước, văn Bộ GD&ĐT có liên quan đến tiến trình đổi phương pháp dạy học trường THPT - Nghiên cứu tài liệu lý luận dạy học, tâm lý học, giáo dục học tài liệu có liên quan đến việc đổi phương pháp dạy học - Nghiên cứu sở lý luận phương pháp thực nghiệm - Nghiên cứu nội dung, chương trình sách giáo khoa vật lí lớp 12  Phƣơng pháp điều tra thực tiễn - Điều tra thông qua đàm thoại phát phiếu điều tra với giáo viên học sinh thực trạng, thuận lợi khó khăn mặt việc sử dụng thí nghiệm, thực hành dạy học Vật lí bậc THPT - Điều tra giáo viên học sinh để tìm hiểu thực trạng việc xây dựng sử dụng hệ thống BTTN nhằm rèn luyện phát triển kỹ tư dạy học vật lí số trường THPT  Phƣơng pháp thực nghiệm - Tiến hành thực nghiệm nhằm đánh giá hiệu đề tài Phạm vi kế hoạch nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu: + Nội dung chương trình: Chương “Động lực học vật rắn” vật lí 12 nâng cao + Địa bàn nghiên cứu: Trường THPT Lê Lợi, Đông Hà, Quảng Trị - Kế hoạch nghiên cứu: Thời gian từ 01/9/2014 đến 22/5/2015 II PHẦN NỘI DUNG Một số vấn đề tập thí nghiệm a Khái niệm BTTN tập mà giải phải tiến hành thí nghiệm, quan sát để kiểm chứng lời giải lý thuyết tìm số liệu, dự kiến dùng cho việc giải tập nghiên cứu phụ thuộc đại lượng vật lí Những thí nghiệm cho giáo viên tiến hành để học sinh quan sát, cho học sinh tự thực lớp, phịng thí nghiệm hay nhà Bài tập thí nghiệm vừa mang tính lý thuyết vừa mang tính thực nghiệm có tác dụng lớn việc bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiêm, phương pháp nhận thức vật lí b Phân loại Có nhiều cách để phân loại BTTN vật lí, cách phân loại theo tính chất sử dụng rộng rãi Có thể tóm tắt sơ đồ: Thực trạng việc sử dụng BTTN a Thực trạng BTTN tài liệu dạy học xuất *Về SGK sách tập Vật lí 10,12: Trong SGK SBT Vật lí 10, 12 nâng cao khơng có BTTN vật rắn Hiện SGK SBT hai tài liệu dùng cho đa số GV HS Chính nhiều học sinh khơng biết BTTN nào, họ không làm quen với dạng tập *Về tài liệu tham khảo khác: Qua điều tra khảo sát tài liệu tham khảo Vật lí 10, 12 số tác giả như: Vũ Thanh Khiết, Lê Văn Thông, Đỗ Sanh, Lương Dun Bình…thì chúng tơi nhận thấy tài liệu tham khảo khơng có mặt BTTN Điều dễ hiểu mục đích tài liệu tham khảo hấp dẫn học sinh dạng toán, tập…để HS làm tốt kiểm tra, thi lớp kì thi khác không rèn luyện cho HS kỹ thực hành thí nghiệm b Thực trạng sử dụng BTTN trƣờng học Qua khảo sát nhanh giáo viên dạy vật lý trường THPT Lê Lợi, nhận thấy: Hầu hết GV không sử dụng BTTN sử dụng BTTN dạy học GV dạy BTTN ôn thi HS giỏi, BTTN mức độ khó, khơng phù hợp với đại đa số HS Hầu hết kiểm tra, đánh giá trường khơng có BTTN Nếu có sử dụng BTTN, GV không thực đầy đủ quy trình giảng dạy, đặc biệt việc tiến hành thí nghiệm kiểm chứng chưa thực tốt GV chưa tìm biện pháp khắc phục thích hợp để nâng cao hiệu việc giảng dạy BTTN c Một số nguyên nhân  Khách quan: Cơ sở vật chất: Việc giải BTTN địi hỏi phải làm thí nghiệm Vì vậy, phải có thiết bị thí nghiệm Trong điều sở vật chất thiếu thốn trường phổ thông đáp ứng phần nhỏ với thiết bị đơn giản Ngoài ra, việc thí nghiệm địi hỏi phải có khơng gian thời gian Trong điều kiện lớp học với 40 đến 50 học sinh thời gian 45 phút không đáp ứng u cầu thí nghiệm Việc khơng phát huy tác dụng tập làm hạn chế chất lượng dạy học vật lí khơng phát huy khả tư duy, sáng tạo học sinh Sách giáo khoa tài liệu tham khảo: Việc sách giáo khoa có ít, chí khơng có BTTN khiến HS GV đánh giá thấp tầm quan trọng dạng tập Do sách giáo khoa nên có sách tham khảo viết BTTN, điều gây nhiều khó khăn cho GV cần tìm tài liệu để nghiên cứu Kiểm tra thi cử: Trong tiết kiểm tra thông thường lớp kỳ thi tốt nghiệp, đại học, cao đẳng dạng BTTN BTTN xuất với số lượng kì thi HS giỏi Áp lực thi cử nặng nề nên thi GV phải dạy học đó, hạn chế lớn việc sử dụng BTTN dạy học  Chủ quan: Nhiều GV chưa biết vượt lên hoàn cảnh, chưa khắc phục khó khăn để hướng đến mục tiêu giảng dạy mơn Vật lí mơn khoa học thực nghiệm GV chưa có nhận thức đắn BTTN, chưa cố gắng tìm tòi nghiên cứu biện pháp để đưa BTTN vào tiết dạy cho có hiệu Nhiều GV có trình độ CNTT cịn hạn chế chưa khai thác hết chức MVT dạy học Một số GV kĩ thực hành TN chưa tốt, có tâm lí ngại làm TN vất vả nhiều thời gian, ngại làm thí nghiệm nên GV ngại đưa BTTN vào dạy học Một số giải pháp a Trong tình hình nay, để sử dụng tốt tập thí nghiệm dạy học, giáo viên cần thực số biện pháp: - Tự nâng cao ý thức vai trò tập thí nghiệm dạy học, coi loại tập có vai trị tương đương tập truyền thống khác - Chủ động xây dựng cho ngân hàng tập thí nghiệm, phân loại theo chương theo tính chất để dễ dàng quản lý - Trong sinh hoạt chuyên môn tổ cần thảo luận, trao đổi thêm phương pháp giảng dạy tập thí nghiệm có hiệu Sử dụng hộp thư chung tổ để trao đổi tập hay vấn đề cần làm sáng tỏ thêm - Cần có kế hoạch đưa tập thí nghiệm vào đề thi đề kiểm tra định kỳ b Một số tập thí nghiệm minh họa: Qua q trình nghiên cứu giảng dạy, tơi sưu tầm biên soạn số tập thí nghiệm Trong khn khổ sáng kiến kinh nghiệm này, tơi xin đưa số tập ví dụ tiêu biểu, đồng thời đề phương pháp giảng dạy phù hợp tương ứng với tập sau: Bài tập Hãy tìm phương án xác định chiều quay bên máy xay sinh tố tay bạn có sợi dây Hƣớng dẫn: Treo máy xay sinh tố sợi dây, điểm treo đỉnh máy Cho máy hoạt động, định luật bảo toàn momen động lượng, chiều quay bên máy theo chiều phần vỏ quay theo chiều ngược lại Bài tập sử dụng để dạy kiến thức định luật bảo tồn mơmen động lượng Đây thí nghiệm đơn giản, rõ ràng, giáo viên thực lớp Bài tập Quan sát cấu tạo máy bay trực thăng, ta thấy có cánh quạt lớn có trục quay thẳng đứng trước cánh quạt nhỏ đuôi Hãy giải thích tác dụng cánh quạt Thực thí nghiệm để minh họa cho lập luận bạn với dụng cụ: cánh quạt gắn với mô tơ điện, bàn quay tự quanh trục thẳng đứng Hƣớng dẫn: Khi cánh quạt lớn quay, tạo momen động lượng hướng dọc theo trục quay, để thỏa mãn định luật bảo toàn momen động lượng, thân máy bay quay theo hướng ngược lại Cánh quạt có nhiệm vụ quan trọng triệt tiêu momen động lượng cánh quạt tạo ra, đảm bảo thân máy bay khơng bị quay trịn Ngồi nhờ việc thay đổi cơng suất cánh quạt mà máy bay chuyển hướng sang phải sang trái dễ dàng Cũng có loại máy bay trực thăng không cần cánh quạt đuôi , người ta dùng cánh quạt quay ngược chiều Lực nâng cánh quạt hướng lên momen động lượng triệt tiêu lẫn Khi muốn đổi hướng bay người ta phải thay đổi công suất cánh quạt để momen hai thắng Bài tập sử dụng để dạy kiến thức định luật bảo tồn mơmen động lượng Giáo viên thực mơ hình thí nghiệm minh họa: Gắn mơ tơ gắn với cánh quạt theo phương thẳng đứng góc bàn quay, bật cho cánh quạt chạy, ta thấy bàn quay theo chiều ngược chiều quay cánh quạt Giáo viên chiếu video cấu tạo hoạt động máy bay trực thăng, thực thí nghiệm thực bàn xoay, biểu diễn mơ hình thí nghiệm powerpoint flash để thấy rõ hướng vectơ momen động lượng Bài tập Ở loại súng đại, mặt nòng súng có đường xoắn ốc, cịn gọi đường khương tuyến Đường khương tuyến có tác dụng làm đầu đạn khỏi nòng chuyển động xoay quanh trục nó, đường đạn ổn định Tác dụng đường khương tuyến dựa sở vật lí nào? Hãy thiết kế thí nghiệm đơn giản để minh họa nhận định: vật vừa quay quanh trục vừa bay theo phương trục quay có đường bay ổn định vật bay mà không quay Hƣớng dẫn: Khi viên đạn vừa bay vừa quay quanh trục vừa tiến tới Hình vẽ momen động lượng L viên đạn có phương trùng với đường bay Do ma sát không đáng kể, trọng lực trường hợp không gây momen lực nên momen động lượng viên đạn coi bảo toàn Viên đạn chuyển động cho hướng L giữ nguyên cũ, nhờ mà đường viên đạn ổn định viên đạn không quay Ngồi viên đạn quay cịn có tác dụng khác làm tăng sức công phá gặp mục tiêu Bài tập sử dụng để dạy kiến thức định luật bảo tồn mơmen động lượng Giáo viên thực thí nghiệm minh họa sau: Sử dụng vật dạng hình thoi, phía có lắp cánh định hướng, cánh hồn tồn thẳng: phóng vật khơng quay quanh trục, cánh có độ xốy: phóng vật quay quanh trục Ta thấy với vật có cánh xốy đường bay ổn định Ngoài ra, giáo viên nên chiếu video quay chậm viên đạn bay khỏi nòng súng để thấy rõ chuyển động quay Việc thực thí nghiệm thực vật có gắn cánh định hướng cần có khơng gian rộng ngồi lớp học, GV thực trước thí nghiệm nhà, quay video chiếu cho HS xem Đồng thời GV nên có hình vẽ biểu diễn vectơ momen động lượng vật để HS thấy rõ Bài tập Một bánh xe đạp có trục quay treo nằm ngang sợi dây thẳng đứng Tác động để bánh xe quay nhanh quanh trục Khi bánh xe quay, ta cắt bớt sợi dây trục bánh xe có phương nào? Thực thí nghiệm kiểm tra dự đốn giải thích tượng xảy L Hƣớng dẫn: Nếu cắt bớt sợi dây trục bánh xe giữ nguyên phương cũ Giải thích: Do momen ngoại lực gần nên momen động lượng bánh xe coi bảo toàn Ở ta xét bảo toàn hướng momen động lượng Hướng L tương ứng với chiều quay bánh xe hình vẽ Phương trục bánh xe giữ cho hướng L không đổi Bài tập sử dụng để dạy kiến thức định luật bảo tồn mơmen động lượng Đây thí nghiệm có tính bất ngờ gây hứng thú cho HS GV nên thực thí nghiệm thực đồng thời chiếu Hình vẽ mơ tả hướng vectơ momen động lượng Bài tập Cho thẳng đồng chất chiều dài l, khối lượng M quay gần tự quanh trục qua đầu Tìm phương án xác định vận tốc vật khối lượng m bắn ngang, biết vật m có khả bám dính tốt tay bạn có thước đo góc Hƣớng dẫn: Bắn vật m cho bám dính vào đầu M, M quay góc cực đại  (Giả sử vận tốc vật m không lớn nên khơng bị quay trịn quanh trục) Q trình chia thành giai đoạn: Gọi vận tốc vật m trước va chạm vào đầu v Va chạm vật m va chạm mềm: momen động lượng bảo toàn, khơng bảo tồn Momen động lượng trước va chạm: L1 = mvl   Momen động lượng sau va chạm: L2 =  ml  Ml     mvl mv L1 = L2     1 ml  Ml  m  M  l 3   Áp dụng định luật bảo toàn năng: 1  2 1  m2v2 m2v2 W1   m  M  l    m  M  l  2  2    2 m  M    m  M l     l M  W2  Mg (1  cos)  mgl (1  cos)  gl   m  (1  cos)   M  M  W1 = W2  v  2gl 1  1   (1  cos) 3m 2m    Các giá trị g, l, M, m biết, dùng thước đo góc  ta tính vận tốc v Bài tập sử dụng để dạy kiến thức tổng hợp động quay, bảo tồn mơmen động lượng Giáo viên sử dụng thí nghiệm ảo để minh họa Bài tập Cho gậy thẳng có đầu nặng, đầu nhẹ Một người muốn giữ thăng gậy thẳng đứng đầu ngón tay Hỏi người nên đặt đầu nặng hay đầu nhẹ gậy lên đầu ngón tay để giữ gậy thẳng đứng dễ hơn? Hãy làm thí nghiệm kiểm tra giải thích Hƣớng dẫn: Vật có momen qn tính trục quay lớn khó thay đổi tốc độ góc (tức có sức ì lớn) Ta thấy để đầu nhẹ gậy đầu ngón tay momen qn tính gậy lớn để đầu nặng đầu ngón tay đầu nhẹ ngón tay khối lượng phân bố xa trục quay Do đặt đầu nhẹ đầu ngón tay dễ giữ thăng Bài tập sử dụng để dạy kiến thức mơmen qn tính Giáo viên nên thực thí nghiệm thực, kết hợp hình vẽ phân bố khối lượng gậy Bài tập Có trục quay hình trụ bán kính r, chiều dài l quay quanh trục Hãy tìm phương án xác định tốc độ góc viên phấn đồng hồ bấm giây Hƣớng dẫn: Khi trục quay, tì viên phấn vào thân trục, di chuyển chậm viên phấn dọc theo trục từ đầu đến cuối thời gian t Khi trục dừng quay, đếm số vịng xoắn n trục Suy góc mà trục quay thời gian   n.2  2n  Vậy tốc độ góc trục   t t Bài tập sử dụng để dạy kiến thức tốc độ góc chuyển động trịn Thí nghiệm dễ thực hiện, giáo viên làm lớp yêu cầu học sinh làm nhà quay video để trình diễn cho lớp xem Bài tập Tìm phương án tính tốc độ xe đạp dựa vào số vịng quay pêđan Hƣớng dẫn: Do đĩa A líp B truyền động với xích nên tốc độ dài điểm mép A B  R vA  vB  A R A  BR B  B  A A RB Do líp B bánh xe C gắn với nên tốc độ góc B C nhau: C  B C A B RB RA RC Suy tốc độ dài điểm mép bánh xe C là:  R R vC  CR C  BR C  vC  A A C RB n.2 n.  Nếu phút pê-đan quay n vịng thì: A  60 30 nR A R C Vậy cơng thức tính tốc độ xe là: vC  30R B Từ lập luận trên, ta đo bán kính đĩa A, líp B, bánh xe C giá trị R A, RB, RC Lưu ý tất bán kính tính từ tâm đến mép ngồi (có thể đo đường kính chia đơi để bán kính) Đạp xe phút (sử dụng đồng hồ bấm giây để tính thời gian), đếm số vòng quay pêđan n Thay giá trị n, RA, RB, RC vào cơng thức tính vC Bài tập sử dụng để dạy kiến thức phương trình chuyển động quay vật rắn Giáo viên yêu cầu HS làm thực nghiệm báo cáo kết Bài tập thích hợp cho buổi ngoại khóa sân trường Giáo viên tổ chức kiểm chứng kết học sinh c Kết đạt đƣợc Qua quan sát học có sử dụng BTTN, tơi nhận thấy: - Việc sử dụng BTTN với hỗ trợ MVT làm khơng khí lớp học sơi hơn, HS có hứng thú với nhiệm vụ GV đặt ra, từ HS ln đặt vào trạng thái tích cực làm việc để thảo luận vấn đề - Thông qua việc giải BTTN, HS khơng hiểu kiến thức mà cịn rèn luyện kĩ thực hành TN, kĩ thiết kế lắp đặt dụng cụ TN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua việc nghiên cứu đề tài, nhận thấy: Việc đưa BTTN vào dạy học có sở khoa học phù hợp với định hướng công tác giảng dạy mơn vật lí; bước đầu cho thấy hiệu việc kích thích chủ động sáng tạo HS Nhưng để dạy BTTN có hiệu quả, GV cần có thực tâm huyết, cố gắng thường xuyên học hỏi Nếu dạy theo phương pháp truyền thống khơng kích thích hứng thú HS, từ làm giảm hiệu loại tập Việc ứng dụng CNTT dạy học BTTN mang lại hiệu tốt: HS hứng thú với học, HS yếu dễ dàng hiểu chất vật lí thí nghiệm, GV làm chủ thời gian, khắc phục phần thiếu thốn sở vật chất trường học HS có chủ động, sáng tạo, có niềm đam mê mơn vật lí nên kết học tập cao Kiến nghị Bộ Giáo dục Đào tạo cần đạo việc biên soạn BTTN sách giáo khoa, sách tập sách tham khảo vật lí, đưa nội dung BTTN vào kì thi quốc qua Các cấp quản lí trực tiếp cần có đạo cụ thể việc sử dụng thí nghiệm BTTN dạy học Quảng Trị, ngày 27 tháng năm 2015 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác XÁC NHẬN CỦA HIỆU TRƢỞNG Nguyễn Hải Phƣớc 10 11 ... phổ thông Dạy học tập hoạt động quan trọng dạy học môn khoa học tự nhiên trường THPT Bài tập thí nghiệm dạng tập đặc trưng mơn Vật lí Bài tập thí nghiệm tập giải phải làm thí nghiệm phải quan... DỤNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN VẬT LÍ 12 NÂNG CAO I MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Như biết, Vật lí mơn khoa học thực nghiệm, hầu hết kiến thức vật lí rút từ quan sát thí. .. kiểm tra định kỳ b Một số tập thí nghiệm minh họa: Qua q trình nghiên cứu giảng dạy, sưu tầm biên soạn số tập thí nghiệm Trong khn khổ sáng kiến kinh nghiệm này, xin đưa số tập ví dụ tiêu biểu, đồng