Rèn luyện kỹ năng phân tích tổng hợp cho học sinh lớp 10 THPT qua hệ thống bài tập phần các định luật bảo toàn

Để thực hiện đợc nhiệm vụ này, cùng với các môn học khác, môn VậtLý ở trờng THPT phải bồi dỡng đợc cho học sinh phơng pháp học tập để pháttriển t duy nhận thức và kỹ năng vận dụng các ki

Để thực hiện đợc nhiệm vụ này, cùng với các môn học khác, môn Vật

Lý ở trờng THPT phải bồi dỡng đợc cho học sinh phơng pháp học tập để pháttriển t duy nhận thức và kỹ năng vận dụng các kiến thức đã học vào thực tiễn.Muốn nâng cao chất lợng học tập bộ môn Vật Lý phải có nhiều yếu tố songhành, trong đó việc áp dụng các phơng pháp hớng dẫn giải bài tập Vật Lý

đóng vai trò hết sức quan trọng Trong quá trình giải bài tập Vật Lý ở lớp 10nói chung và bài tập phần “Các định luật bảo toàn” nói riêng, học sinh cònnhiều lúng túng, nhiều em cha có phơng pháp giải phù hợp, linh hoạt, cha biếtvận dụng phơng pháp phân tích - tổng hợp để giải bài tập một cách có hiệuquả

Việc vận dụng phơng pháp phân tích - tổng hợp để giải bài tập Vật Lý ởchơng này sẽ mở cho các em một hớng giải bài tập linh hoạt hơn : trên cơ sởnhững dữ kiện đề ra, phân tích những đại lợng và tìm mối liên hệ giữa những

đại lợng đó dựa trên các định luật Vật Lý đã học, tổng hợp lại và tìm ra hớnggiải phù hợp và đúng nhất của bài toán; nhờ đó rèn luyện khả năng phân tích -tổng hợp, t duy sáng tạo cho các em

Với những lý do trên đây em chọn đề tài: “Rèn luyện kĩ năng phân tích

- tổng hợp cho học sinh lớp 10 THPT qua hệ thống bài tập phần “Các định luật bảo toàn” ”

II mục đích nghiên cứu

- Xây dựng và su tầm hệ thống bài tập phần “Các định luật bảotoàn”

- Tổ chức hoạt động nhận thức trong việc giải các bài tập này theo địnhhớng “rèn luyện kỹ năng phân tích - tổng hợp cho học sinh lớp 10 THPT”

- Góp phần nâng cao chất lợng giảng dạy của giáo viên và chất lợng họctập của học sinh

III giả thuyết khoa học

Có thể chọn lọc, sắp xếp một hệ thống bài tập trong phần “Các định luậtbảo toàn” - Vật Lý lớp 10 - THPT và thông qua việc hớng dẫn giải chúng đểnâng cao năng lực phân tích - tổng hợp cho học sinh lớp 10 THPT

IV nhiệm vụ của đề tài

- Phân tích đợc các bớc của t duy phân tích - tổng hợp, từ đó định hớng

t duy của học sinh theo các bớc này

- Vận dụng các bớc của t duy phân tích tổng hợp vào việc giải bài tậpnói chung

- Thông qua bài tập phần "Các định luật bảo toàn" làm cho học sinhhiểu và rèn luyện cho chúng các thao tác t duy phân tích - tổng hợp trong từngbớc giải

V V phơng pháp nghiên cứu

1 phơng pháp nghiên cứu lý thuyết:

- Tìm hiểu cơ sở lý luận về việc giải bài tập Vật Lý, đặc biệt chú ý đếnvai trò và hiệu quả của việc giải các bài tập Vật Lý đối với sự hình thành nănglực phân tích - tổng hợp cho học sinh

- Nghiên cứu nội dung kiến thức vật lý về phần “Các định luật bảotoàn”

- Điều tra thực tế tình hình dạy và học “Các định luật bảo toàn” ở các ờng THPT

2 Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm:

- Su tầm, chọn lọc hệ thống bài tập hợp lý, soạn thảo tiến trình hớng dẫngiải các bài tập đó theo định hớng “rèn luyện t duy phân tích - tổng hợp chohọc sinh”

- Trực tiếp giảng dạy ở trờng THPT theo nội dung của đề tài

- Kiểm tra ở các lớp thực nghiệm và các lớp đối chứng, xử lý số liệu vàrút ra kết luận

VI cấu trúc và nội dung luận văn

- Mở đầu

- Chơng I : Cơ sở lý luận của đề tài

- Chơng II : Lựa chọn và hớng dẫn giải bài tập phần “Các định luậtbảo toàn” nhằm rèn luyện kỹ năng “phân tích - tổng hợp” cho học sinh lớp 10THPT

- Chơng III : Thực nghiệm s phạm.

- Kết luận

- Tài liệu tham khảo

- Phụ lục

CHƠNG i: CƠ Sở Lý LUậN CủA Đề TàI

1.1 Vai trò, tác dụng của bài tập Vật Lý trong việc giảng dạy Vật lý

ở trờng THPT

Bài tập Vật Lý là một trong những khâu không thể thiếu đợc trong quátrình dạy học Vật Lý Với tính cách là một phơng tiện dạy học, bài tập Vật Lýgiữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học Vật Lý

ở trờng phổ thông

- Bài tập Vật Lý giúp cho học sinh hiểu sâu hơn những quy luật Vật Lý,những hiện tợng Vật Lý, biết phân tích chúng và ứng dụng chúng vào nhữngvấn đề thực tiễn

- Thông qua các bài tập Vật Lý, với sự vận dụng linh hoạt những kiếnthức đã học để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khácnhau thì các kiến thức đó sẽ trở nên sâu sắc, hoàn thiện và biến thành vốnriêng của học sinh

- Bài tập Vật Lý là phơng tiện tốt để phát triển óc tởng tợng, tính độclập trong suy luận, tính kiên trì trong việc khắc phục khó khăn

- Bài tập Vật Lý là một hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hoá kiếnthức trong một đề tài, một chơng hay một phần của chơng trình Do vậy, đứng

về mặt điều khiển hoạt động nhận thức thì bài tập Vật Lý còn là phơng tiệnkiểm tra kiến thức và kỹ năng của học sinh

1.2 Phân loại bài tập Vật Lý:

Dựa vào các dấu hiệu khác nhau mà ta phân thành các loại bài tập Sau

đây là một số dấu hiệu để phân loại và các loại bài tập tơng ứng:

Các dấu hiệu phân loại Các loại bài tập Vật Lý tơng ứng

Nội dung Vật Lý Bài tập cơ, bài tập điện, bài tập nhiệt, bài tập

quang, bài tập Vật Lý nguyên tử-hạt nhânTính cụ thể hay trừu t-

ợng của nội dung

Bài tập trừu tợng, bài tập cụ thể

đồ thị, bài tập thực nghiệmNội dung giáo khoa

mà học sinh thờng giải bài tập một cách mò mẫm, may rủi, thậm chí khônggiải đợc Để có thể nêu ra những nét chungcủa phơng pháp giải bài tập Vật Lýtrớc hết cần tìm hiểu quá trình t duy trong việc xác lập đờng lối giải một bàitập Vật Lý

Mục đích cần đạt tới khi giải một bài tập Vật Lý là tìm câu trả lời đúng

đắn, giải đáp đợc vấn đề đặt ra một cách có căn cứ khoa học chặt chẽ Quátrình giải bài tập Vật Lý thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bàitập ,xem xét các hiện tợng Vật Lý đợc đề cập, và dựa trên kiến thức Vật Lý -

Toán để nghĩ tới những mối liên hệ có thể có của những cái đã cho và nhữngcái phải tìm, sao cho có thể thấy đợc cái phải tìm có liên hệ trực tiếp hoặc giántiếp với cái đã cho Từ đó chỉ rõ đợc mối liên hệ tờng minh trực tiếp của cáiphải tìm chỉ với cái đã cho, tức là tìm đợc lời giải.

Đó là đối với bài tập định lợng, khi nhắc đến bài tập Vật Lý ta thờng chỉnghĩ đến loại bài tập này mà quên mất rằng bên cạnh bài tập định lợng chúng

ta còn có loại bài tập định tính Bài tập định tính giúp cho học sinh hiểu sâu vềbản chất Vật Lý của các hiện tợng trong tự nhiên Để giải loại bài tập này cầnnắm vững các định luật Vật Lý, ý nghĩa của từng đại lợng Vật Lý liên quan

Từ đó phân tích các hiện tợng để tìm hiểu nguyên nhân và dự đoán kết quảcủa hiện tợng đó Thông thờng các bài tập định tính rất ngắn gọn cả về đề bàicũng nh lời giải cho nên nó không đợc chú ý nhiều Đây là một điểm giáo viêncần lu ý và khắc phục cho học sinh

Tuy nhiên trong các bài tập định lợng không phải là không có các nộidung định tính Nhng xu hớng của học sinh hiện nay là chỉ chú ý đến đáp án -kết quả bằng số của bài tập, vì vậy trong t duy khi giải bài tập Vật Lý cần h-ớng học sinh tới bản chất Vật Lý của vấn đề, tránh sa vào các công thức toánhọc mà quên đi “phần Vật Lý” của bài tập

Trên cơ sở phân tích t duy trong quá trình giải bài tập Vật Lý nh trên,

có thể chỉ ra những nét khái quát về các bớc chung của tiến trình giải bài tậpVật Lý Điều này có tác dụng định hớng cho việc xác định phơng pháp giảibài tập Vật Lý Theo đó giáo viên có thể kiểm tra hoạt động giải bài tập củahọc sinh và hớng dẫn, giúp đỡ học sinh giải bài tập có hiệu quả Có thể thựchiện tiến trình giải bài tập theo bốn bớc sau:

Bớc 1: Đọc kỹ đề bài, tìm hiểu thuật ngữ mới quan trọng, nắm đợc đâu

là dữ kiện đã cho, đâu là ẩn số cần tìm

Bớc 2: Phân tích nội dung của bài tập, làm sáng tỏ bản chất Vật Lý vàlập kế hoạch giải

Bớc 3: Thực hiện kế hoạch giải

Bớc 4: Kiểm tra, biện luận, củng cố

B

ớc 1 : Đọc kỹ đề bài, tìm hiểu thuật ngữ mới quan trọng, nắm đợc đâu

là dữ kiện đã cho, đâu là ẩn số cần tìm.

Đây là bớc định hớng cho toàn bộ tiến trình giải, giáo viên phải hớngdẫn học sinh thực hiện các bớc sau:

- Đọc kỹ đề :

+ Bài tập nói đến vấn đề gì ?

+ Cái gì là dữ kiện đã cho ?

+ Cái gì cần tìm ?

- Tóm tắt đề : bằng các ký hiệu đã quy ớc, viết lại những dữ kiện và ẩn

số, chú ý đổi đơn vị nếu cần (thông thờng sử dụng hệ đơn vị SI)

- Vẽ hình minh hoạ (nếu cần): Khi vẽ hình cần cố gắng biểu diễn tỉ xíchtơng đối chính xác

Từ việc phân tích làm sáng tỏ nội dung, bản chất Vật Lý của hiện tợng,nhớ lại kiến thức cũ, huy động những kiến thức có liên quan để xây dựng kếhoạch giải (có thể theo t duy phân tích hay tổng hợp)

B

ớc 3 : Thực hiện kế hoạch giải.

- Từ kế hoạch giải, tiến hành trình tự các thao tác cụ thể để giải

- Thực hiện cẩn thận các phép tính số học hay hình học Nên cho họcsinh làm quen với những phép biến đổi bằng chữ, chỉ thay số để tìm kết quảkhi đã biến đổi đến biểu thức cuối cùng

B

ớc 4 : Kiểm tra, biện luận, củng cố.

- Để kiểm tra có các cách sau :

* Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi cha? Xét hết các khả năng cóthể xảy ra cha?

* Kiểm tra lại tính toán có đúng không ?

* Kiểm tra thứ nguyên có phù hợp không ?

* Xem xét kết quả có phù hợp với thực tế không ?

* Có thể kiểm tra kết quả bằng thực nghiệm hay bằng cách giải khác

- Biện luận các khả năng của bài toán nếu có

- Củng cố về phơng pháp giải và t duy trong quá trình giải bài tập

1.4 Về các thao tác t duy phân tích - tổng hợp :

1.4.1 Nội dung của phơng pháp phân tích - tổng hợp :

Phơng pháp phân tích - tổng hợp là phơng pháp nhận thức phân chia cáitoàn bộ (đối tợng cần nhận thức) thành các yếu tố, nhằm nhận thức cấu trúccủa cái toàn bộ, chức năng của các yếu tố, quy luật chi phối mối liên hệ giữacác yếu tố, rồi tập hợp những hiểu biết này để đi từ cái toàn bộ “không trongsuốt”, “không tách bạch” tới cái toàn bộ “trong suốt”, “tách bạch”

Nh vậy phơng pháp phân tích - tổng hợp là phơng pháp nhận thức chứa

đựng hai thao tác t duy đặc trng: phân tích và tổng hợp

Khái niệm “phân tích” đợc hiểu là sự phân chia cái toàn bộ (các sự vật,hiện tợng Vật Lý phức tạp) thành các yếu tố riêng lẻ (các bộ phận, các tínhchất, các mối liên hệ ) nhằm nhận thức bản chất của các yếu tố riêng lẻ, xác

định vai trò, vị trí và chức năng của các yếu tố riêng lẻ trong cái toàn bộ

Khái niệm “tổng hợp” đợc hiểu là sự liên kết các yếu tố riêng lẻ đã biếtthành cái toàn bộ Sản phẩm của sự tổng hợp không phải là cái toàn bộ ban

đầu mà là cái toàn bộ đã đợc nhận thức tới các yếu tố các mối liên hệ giữa cácyếu tố trong sự thống nhất của chúng Tổng hợp không phải đơn giản là phépcộng các yếu tố của cái toàn bộ, không phải là sự liên kết máy móc các yếu tốthành các chỉnh thể mà là một sự liên kết xác định nhằm đem lại kết quả mới

về chất cung cấp một sự hiểu biết mới về cái toàn bộ

Phân tích - tổng hợp là hai mặt của một quá trình t duy thống nhất.Phân tích là cơ sở của tổng hợp, đợc tiến hành theo hớng dẫn tới tổng hợp Sựtổng hợp diễn ra trên cơ sở phân tích Phân tích và tổng hợp nhiều khi xen kẽnhau Phân tích càng sâu thì tổng hợp càng đầy đủ, tri thức về sự vật, hiện t-ợng càng phong phú

1.4.2 Các bớc của phơng pháp phân tích - tổng hợp

Bớc 1: Khảo sát đối tợng cần nhận thức một cách toàn bộ Nếu đối tợngcần nhận thức là vật thể thì ta không chỉ khảo sát đối tợng ở hình thức bềngoài của nó mà còn phải xem xét mục đích sử dụng và chức năng của đối t-ợng dù rằng đối với một số vật thể học sinh đã biết nhiều về mục đích sử dụngcủa chúng

Bớc 2: Phân chia đối tợng cần nhận thức thành các yếu tố, các bộ phậncác tính chất, các mối liên hệ (Bớc phân tích)

Bớc 3: Tách các yếu tố cơ bản (bản chất) ra khỏi các yếu tố không cơbản (không bản chất) (Bớc phân tích - so sánh các yếu tố)

Bớc 4: Tập hợp các yếu tố cơ bản thành một đối tợng trừu tợng Mốiliên hệ chức năng giữa các yếu tố cơ bản đợc làm rõ Nếu đối tợng cần nhậnthức là vật thể thì vẽ sơ đồ diễn tả hiệu quả phối hợp của các yếu tố này (Bớctổng hợp)

Bớc 5: Khái quát hoá và tìm mối liên hệ có tính quy luật, rút ra quyluật hoạt động cho tất cả các đối tợng tơng tự

Bớc 6: Kiểm tra lại sự khái quát hoá trên các đối tợng cùng loại nhngkhông thuộc các đối tợng nghiên cứu

Việc chỉ ra mục đích và chức năng của cái toàn bộ (ở bớc 1) dẫn tới phải

đi tìm các yếu tố cơ bản (bản chất) của cái toàn bộ (ở bớc 2 và 3) ở đây nhữngyếu tố không cơ bản (không bản chất) cho việc thực hiện chức năng của cáitoàn bộ cũng đợc nhận thức rõ

Các bớc 5 và 6 có ý nghĩa đối với việc thu nhận kiến thức Tuy nhiênkhi sử dụng phơng pháp phân tích - tổng hợp không phải trờng hợp nào cũngcần tiến hành các bớc này

1.5 Các cách hớng dẫn học sinh giải bài tập theo định hớng rèn luyện

kỹ năng phân tích - tổng hợp

1.5.1 Việc lựa chọn các bài tập Vật Lý :

Bài tập là một phơng tiện dạy học Vật Lý rất quan trọng nhng thời giandành cho bài tập lại không nhiều nên giáo viên phải lựa chọn bài tập Vật Lý

để sao cho phơng pháp dạy học đạt hiệu quả cao nhất Trong điều kiện cónhiều dạng bài tập, số lợng bài tập ở sách giáo khoa và sách tham khảo nhiều,giáo viên cần lựa chọn các dạng bài tập và số lợng bài tập sao cho phù hợp với

đối tợng học sinh, phục vụ đợc cả việc ôn luyện kiến thức lẫn việc học bàimới, đồng thời thông qua bài tập có thể kiểm tra việc nắm kiến thức của họcsinh Các bài tập đợc chọn cần thoả mãn một số đặc điểm sau:

- Bài tập đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp về mối quan hệ giữacác đại lợng và các khái niệm đặc trng cho quá trình hay hiện tợng, sao chohọc sinh hiểu và nắm đợc kiến thức dần dần, từ đó có kỹ năng vận dụng kiếnthức

- Mỗi bài tập đợc chọn phải là một mắt xích trong hệ thống các bài tậpnhằm hoàn chỉnh kiến thức cho học sinh, giúp họ hiểu đợc mối liên hệ giữacác đại lợng, cụ thể hoá các đại lợng và vạch ra những nét mới nào đó chasáng tỏ

- Hệ thống bài tập đợc chọn phải giúp cho học sinh nắm đợc phơngpháp giải từng bài tập cụ thể

Nh vậy học sinh bắt đầu việc giải bài tập bằng những bài tập định tính,sau đó đến bài tập định lợng, bài tập thí nghiệm, bài tập đồ thị rồi đến các bàitập tổng hợp phức tạp hơn.Việc giải các bài tập có tính toán tổng hợp, nhữngbài tập có nội dung kỹ thuật với những dữ kiện không đầy đủ, những bài tậpsáng tạo,…đ ợc coi là kết thúc việc giải một hệ thống bài tập đã lựa chọn cho đềđtài.

1.5.2 Hớng dẫn học sinh giải bài tập Vật Lý theo định hớng rèn luyện

b) Cách hớng dẫn cụ thể:

Nói chung xuất phát từ mục đích s phạm cụ thể của việc giải bài tập cóthể vận dụng các kiểu hớng dẫn khác nhau nh : hớng dẫn theo mẫu, hớng dẫntìm tòi, hớng dẫn khái quát chơng trình hoá

- Hớng dẫn theo mẫu(angorit) : là kiểu hớng dẫn trong đó chỉ rõ chohọc sinh những hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành

động đó để đạt đợc kết quả mong muốn Những hành động này đợc coi làhành động sơ cấp, phải đợc học sinh hiểu một cách đơn giản và nắm vững nó

- Hớng dẫn tìm tòi (oristic) : là kiểu hớng dẫn mang tính gợi ý cho họcsinh suy nghĩ, tìm tòi, phát hiện cách giải quyết vấn đề, giáo viên gợi mở đểhọc sinh tự tìm cách giải quyết, tự xác định các hành động cần thực hiện để

đạt đợc kết quả

- Hớng dẫn khái quát chơng trình hoá: là sự hớng dẫn học sinh tự đi tìmcách giải quyết, giáo viên định hớng hoạt động t duy của học sinh theo đờnglối khái quát của việc giải quyết vấn đề Sự định hớng ban đầu đòi hỏi họcsinh tự lực tìm tòi giải quyết Nếu học sinh không đáp ứng đợc thì sự giúp đỡtiếp theo của giáo viên là sự phát triển định hớng khái quát ban đầu, cụ thểhoá thêm một bớc bằng cách gợi ý thêm cho học sinh để thu hẹp phạm vi tìmtòi, giải quyết, cho vừa sức học sinh Nếu học sinh vẫn cha tìm tòi, giải quyết

đợc thì sự hớng dẫn của giáo viên chuyển dần thành hớng dẫn theo mẫu để

đảm bảo cho học sinh hoàn thành đợc yêu cầu của bớc một, sau đó tiếp tục

yêu cầu học sinh tự tìm tòi, giải quyết bớc tiếp theo Nếu cần giáo viên sẽ giúp

đỡ thêm, cứ nh vậy cho đến khi giải quyết xong vấn đề

Trong nội dung của đề tài này, ta quan tâm tới việc rèn luyện kỹ năng

“phân tích - tổng hợp” cho học sinh thông qua việc giải bài tập phần “các địnhluật bảo toàn” Do đó, khi hớng dẫn học sinh giải bài tập, dù theo kiểu nào thìcũng cần chú ý thể hiện rõ từng bớc của phơng pháp “phân tích - tổng hợp”

Ví dụ nh khi hớng dẫn học sinh giải một bài tập cụ thể nào đó, giáo viên cầnhớng dẫn học sinh thực hiện theo các bớc:

Bớc 1: Tóm tắt đề, từ đó làm cho học sinh nhìn nhận hiện tợng nêu ramột cách khái quát: nó thuộc loại hiện tợng gì ? Mối liên hệ của hiện tợng đóvới các hiện tợng khác ?

Bớc 2: Phân tích nội dung của bài tập, làm sáng tỏ bản chất vật lý và lập

kế hoạch giải:

+ Hớng dẫn học sinh tìm hiểu bản chất Vật Lý của hiện tợng, từ đó biết

đợc định luật Vật Lý nào chi phối hiện tợng này

+ Trên cơ sở đó tìm các mối liên hệ cụ thể giữa các đại lợng đã cho vàphải tìm trong bài tập (bằng các phơng trình liên hệ cụ thể)

Bớc 3: Thực hiện các bớc giải để tìm ra kết quả

Bớc 4: Kiểm tra, biện luận, củng cố, mở rộng (nếu cần):

+ Kiểm tra lại kết quả và biện luận So sánh kết quả tìm đợc với thực tế

và giải thích kết quả

+ Giáo viên khái quát lên đối với các hiện tợng có liên quan hoặc cácbài tập tơng tự

Chơng ii: lựa chọn và hớng dẫn giải bài tập phần

“các định luật bảo toàn” nhằm rèn luyện kỹ năng

“phân tích- tổng hợp” cho học sinh 2.1 Vị trí và nội dung phần Các định luật bảo toàn trong ch“ ” ơng trình Vật Lý PTTH.

Các định luật bảo toàn rất quan trọng bởi chúng là tổng quát và áp dụngcho mọi hệ kín từ vi mô (nh nguyên tử - hạt nhân) đến vĩ mô (nh các vật xungquanh ta, thiên thể, thiên hà…đ) Chúng đúng cho mọi hiện tợng, không chỉcho hiện tợng Vật Lý mà cho tất cả các hiện tợng của thế giới vô sinh và hữusinh Các định luật này không phải chỉ có ý nghĩa giáo dục phổ thông to lớn

mà còn có khả năng xây dựng thế giới quan duy vật biện chứng cho học sinh

Nó là công cụ hữu hiệu để giáo dục chủ nghĩa vô thần

Sách giáo khoa lớp 10 PTTH đề cập đến ba định luật bảo toàn thuộcphần cơ học: định luật bảo toàn động lợng, định luật bảo toàn cơ năng và địnhluật bảo toàn năng lợng nằm trong hai chơng: Chơng “định luật bảo toàn độnglợng” và chơng “định luật bảo toàn năng lợng” Các định luật đợc ứng dụngrộng rãi trong tính toán kỹ thuật, vì vậy việc nắm vững và giải các bài tập phầnnày là rất có ý nghĩa cả trong thực tiễn cuộc sống, trong kỹ thuật cũng nhtrong nghiên cứu khoa học

2.2 Lựa chọn và hớng dẫn giải bài tập phần các định luật bảo“

toàn”

2.2.1 Định luật bảo toàn động lợng:

+ Để áp dụng đợc định luật bảo toàn động lợng thì hệ đang xét phải là

hệ kín Do đó trớc khi dạy về định luật bảo toàn động lợng, giáo viên cần làmcho học sinh hiểu và nắm vững khái niệm “hệ kín” Đây là một khái niệm cótính tơng đối nên cần đa ra một số ví dụ cụ thể để học sinh ghi nhớ khái niệmnày Ví dụ nh xét một vật rơi tự do, nếu một mình nó thì hệ không phải là kínnhng nếu xét hệ gồm vật và trái đất thì hệ đó lại là kín …đ

+ Bằng thực nghiệm cho học sinh thấy đợc tích số giữa khối lợng và vậntốc không thay đổi sau va chạm Tích số đó là đợc đặt là động lợng (xung

động) của vật Từ đó phát biểu định luật bảo toàn động lợng: tổng động lợngcủa một hệ kín đợc bảo toàn Biểu thức của định luật:

v + m2

 ' 2 v

+ Từ biểu thức độ biến thiên động lợng, ta lại tìm đợc định luật IINewton dới dạng khác: 

Đến đây, giáo viên cần làm cho học sinh hiểu về mối quan hệ giữa lực

và động lợng: ảnh hởng của lực lên vật không chỉ phụ thuộc vào độ lớn củalực mà còn phụ thuộc vào thời gian tác dụng Có thể đa ra ví dụ kéo tờ giấy

đặt dới một cái cốc để chứng minh ý này

* Khi nói ý này, giáo viên có thể đa ra ví dụ trớc dới dạng bài tập địnhtính, yêu cầu học sinh giải thích, cuối cùng giáo viên khái quát và đa ra nhậnxét chung nh trên

Bài tập 1:

Cho vật một có khối lợng m1 = 1kg chuyển động với vận tốc v1 = 2m/s.Vật hai có khối lợng m2 = 3kg, chuyển động với vận tốc v2 = 1m/s Tìm và vẽvectơ động lợng của hệ trong các trờng hợp sau:

b)  1

v  

2 v

p cũngcùng phơng, cùng chiều Do đó   

2

1 p p

ph-ơng, cùng chiều với 

1

p ,  2

p + Độ lớn của 

cùng phơng, cùng chiều với vectơ vận tốc của vật có

2

1 p p

Bớc 4: Củng cố:

Nh vậy, với bài tập này cần làm cho học sinh thấy đợc biểu diễn vectơcủa động lợng và cách tổng hợp vectơ

Bài tập 2:

Muốn cho thuyền rời bến, ngời lái thuyền đi từ mũi đến lái Tại sao khi

đó thuyền lại trôi ra khỏi bờ?

Cho khối lợng ngời m1 = 5kg; khối lợng thuyền m2 = 200kg, ngời đi vớivận tốc v1 = 0,5m/s đối với thuyền Thuyền dài l = 3m Bỏ qua lực cản của n-

ớc Tính vận tốc v2 của thuyền đối với dòng nớc và quãng đờng mà thuyền đi

đợc khi ngời đi từ mũi đến lái

+ Quãng đờng thuyền đi đợc s2 =?

Bớc 2: Phân tích nội dung của bài tập và kế hoạch giải:

+ Để giải thích, cần phải cho học sinh hiểu vị trí của mũi và lái so với

bờ, ngời đó từ mũi đến lái nghĩa là đi theo hớng nào? (đi về phía bờ)

- Thuyền và ngời chuyển động ngợc chiều nhau, tức là hai vectơ vận tốcngợc chiều nhau Bỏ qua lực cản của nớc nên hệ thuyền và ngời là hệ kín Do

đó hiện tợng này tuân theo định luật bảo toàn động lợng:

ps pt

 m1

 1

v + m2

 2

- Biểu thức vectơ cho phép giải thích hiện tợng

- Bằng phép chiếu chuyển từ biểu thức vectơ về biểu thức độ lớn để xác

định các đại lợng cần tìm:

v2 =

2

1 m

m

v1 ; s2 =

2

1 m

m

s1

Bớc 3: Thực hiện kế hoạch giải

Bỏ qua lực cản của nớc nên hệ (thuyền + ngời) là hệ kín, do đó động ợng của hệ bảo toàn:  

v ngợc chiều nhau.Vậy khi ngời đó đi từ mũi đến lái, tức là ngời đi về phía bờ, thì thuyềntrôi ra xa bờ

m

v1 (3)

200 50

0,5 = 0,125 (m/s)

+ Chuyển động của ngời và thuyền là chuyển động đều, thời gian chuyển

động là nh nhau nên nhân cả hai vế của (3) với thời gian t ta đợc:

s2 =

2

1 m

- Kiểm tra thứ nguyên để biết đợc kết quả có chính xác không

- Bài tập này đề cập đến một hiện tợng thực tế, nên cần phải giảithích cho học sinh nh một ứng dụng của định luật Từ đó học sinh ghi nhớrằng đối với hệ kín động lợng của hệ bảo toàn cả về hớng và độ lớn

Bài tập 3:

Tàu kéo có khối lợng m1 = 60 tấn đạt đợc vận tốc v1 = 1,5m/s thì bắt

đầu làm căng dây cáp và kéo xà lan m2 = 400 tấn chuyển động theo Hãy tìmvận tốc chung v của tàu kéo và xà lan, xem rằng các lực tác dụng vào hệ cânbằng nhau Coi khối lợng dây cáp là nhỏ

Hớng dẫn giải.

Bớc 1: Tóm tắt đề:

Cho m1 = 600 tấn; v1 = 1,5 m/s ; m2 = 400 tấn; Fi= 0

Bớc 2: Phân tích nội dung bài tập và lập kế hoạch giải:

Giáo viên có thể phân tích bài tập bằng một số câu hỏi nhằm tích cực tduy của học sinh:

? Hãy mô tả chuyển động của tàu kéo và xà lan ngay trớc và sau khidây cáp căng?

+ TL: Ngay trớc khi dây cáp căng, tàu kéo có vận tốc v1 = 1,5 m/s; xà lan

đứng yên

Sau khi dây cáp căng, tàu kéo kéo xà lan chuyển động với cùng vận tốc v

? Hiện tợng tuân theo định luật nào?

+ TL: F i = 0 nên hiện tợng này bị chi phối bởi định luật bảo toàn

động lợng:

ps pt  (m1 + m2) 

v = m1

1 v

Chuyển về phơng trình độ lớn để tìm vận tốc của tàu kéo và xà lan

Bớc 3: Thực hiện kế hoạch giải:

+ Phân tích lực tác dụng vào hệ: trọng lực, lực nâng, lực kéo, lực cản.Các lực này cân bằng nhau: 

Chiếu lên phơng chuyển động, chiều dơng là chiều chuyển động:

(m1 + m2) v = m1v1  v =

2 1

1 m m

m

 v1

400 600

- Làm cho học sinh chú ý đến tính vectơ của động lợng và việc chuyển

từ biểu thức vectơ sang biểu thức độ lớn

2.2.2 ứng dụng của định luật bảo toàn động lợng:

b Đạn nổ: Đạn nổ thành hai mảnh có khối lợng m1, m2 Đạn ngay trớc

và sau khi nổ là hệ kín nên động lợng của hệ bảo toàn:

m

c Chuyển động bằng phản lực: là loại chuyển động do tơng tác bên

trong, một phần của vật tách khỏi vật chuyển động về một hớng và phần cònlại chuyển động theo hớng ngợc lại (phần tách rời thờng là khối khí phụt ravới vận tốc lớn)

Bài tập 4:

Một lựu đạn đợc ném từ mặt đất với v0 = 20 m/s theo phơng hợp với

ph-ơng ngang góc  = 300 Lên tới điểm cao nhất nó nổ thành hai mảnh có khối ợng bằng nhau Mảnh 1 rơi thẳng đứng với v1 = 20 m/s Tìm hớng và độ lớnvận tốc của mảnh 2?

Bớc 2: Phân tích nội dung bài tập và kế hoạch giải:

Hệ thống câu hỏi hớng dẫn giải:

? Mô tả chuyển động của đạn?

+ Đạn chuyển động ném xiên lên, đến điểm cao nhất thì nổ thành haimảnh

? Đạn nổ tuân theo định luật nào?

+ Theo định luật bảo toàn động lợng

? Điều kiện áp dụng của định luật?

+ Hệ kín, xét đạn ngay trớc và sau khi nổ

? Xác định ẩn số trung gian m1, m2, v?

+ m1 = m2 =

2 m

+ Vận tốc của lựu đạn ngay trớc khi nổ là vận tốc của nó ở điểm caonhất trong chuyển động ném xiên lên: v = vx = v0cos

Biểu diễn các vectơ động lợng đã biết và từ quy tắc tổng hợp vectơ tìmphơng, chiều động lợng của mảnh 2 Vận tốc của mảnh 2 đợc suy ra từ độ lớncủa 

2

p

Bớc 3: Thực hiện kế hoạch giải:

+ Trớc khi nổ, lựu đạn chuyển động ném xiên lên với góc xiên  =

300 phân tích chuyển động của lựu đạn làm hai thành phần:

- Theo phơng 0x: chuyển động đều: vx = v0cos

- Theo phơng 0y: chuyển động chậm dần đều với gia tốc g

ở vị trí cao nhất: vy = 0  v = vx = v0cos

Động lợng của hệ ngay trớc và sau khi

2

v đợc xác địnhbởi góc  là góc hợp bởi 

1  =

3

1 30 cos 20 2 20

0    = 300.Vậy mảnh 2 có vận tốc v2 = 40m/s và hợp với phơng ngang một góc  = 300

Bớc 4: Củng cố, mở rộng:

+ Với bài này cần chú ý điều kiện của định luật bảo toàn động lợng:

động lợng của hệ ngay trớc và ngay sau khi lựu đạn nổ mới bảo toàn

+ Có thể yêu cầu học sinh tính thêm độ cao cực đại, tầm xa của mảnh 2

Từ đó biết khoảng cách an toàn khi ném lựu đạn này và liên hệ với số liệuthực tế

Bài tập 5.

 0

Một tên lửa có khối lợng tổng cộng m = 500kg đang chuyển động vớivận tốc v = 200m/s thì khai hoả động cơ Một lợng nhiên liệu khối lợng m1

= 50kg cháy và phụt ra phía sau tức thời với vận tốc v1 = 700m/s đối với

đất

a.Tính vận tốc v2 của tên lửa khi nhiên liệu đã cháy?

b Sau đó phần vỏ chứa nhiên liệu, khối lợng m3 = 50kg, tách khỏi tênlửa, vẫn chuyển động theo hớng cũ nhng vận tốc giảm còn 1/3 Tính vận tốcphần tên lửa còn lại?

Tên lửa ban đầu khaiho ả

 tên lửa lúc sau + nhiên liệu

Nhiên liệu phụt ra tức thời nên động lợng của hệ bảo toàn

 m

v = m2

 2

v + m1

 1

v Chuyển về phơng trình độ lớn để tìm v2 + Phần vỏ chứa nhiên liệu tách khỏi tên lửa thì khối lợng tên lửa còn lạilà: m4 = m2 - m3 áp dụng định luật bảo toàn động lợng ta tìm đợc v4

Bớc 3: Thực hiện kế hoạch giải.

a Gọi khối lợng tên lửa sau khi phụt khí là m2 thì:

m2 = m – m1 = 500 – 50 = 450(kg)

Do khối khí phụt ra tức thời nên hệ khí + tên lửa là hệ kín áp dụng

định luật bảo toàn động lợng ta có: m

v = m1

 1

v + m2

 2

 v2 =

2

1 1 m

v m

mv 

450

700 50 200 500

v = m3

 3

v + m4

 4

 v4 =

4

3 3 2 2 m

v m v

= 325m/s

Bớc 4: Kiểm tra, củng cố, mở rộng:

Sau khi giáo viên cùng học sinh đã kiểm tra chắc chắn kết quả vừa tìm

đợc, có thể hỏi học sinh rằng tại sao trong mỗi trờng hợp sau thì tên lửa lại cóvận tốc lớn hơn vận tốc của nó trớc đó? Đây chính là nguyên tắc của chuyển

động bằng phản lực: nhờ có khối khí phụt về phía sau mà tên lửa chuyển độngnhanh hơn

2.2.3 Công của các lực cơ học Định luật bảo toàn công.

+ Công của lực F làm vật dịch chuyển đoạn đờng s đợc xác định:

Bài tập 6:

Một ngời kéo vật có khối lợng m = 50kg chuyển động thẳng đều không

ma sát lên độ cao h = 1m Tính công của lực kéo nếu ngời kéo vật:

a Đi lên thẳng đứng

b Đi lên nhờ mặt phẳng nghiêng có chiều dài l = 3m

So sánh công thực hiện trong hai trờng hợp

Bớc 2: Phân tích bài tập và kế hoạch giải

Ngời kéo vật lên đều nên lực kéo của ngời cân bằng với lực cản trởchuyển động của vật, và công lực kéo phải thắng công của lực cản Vì vậytrong bài này cần phân tích lực tác dụng vào vật, từ đó tìm lực kéo, suy racông cần tìm

Bớc 3: Thực hiện kế hoạch giải

Công của lực F đợc xác định theo công thức: A = F.s.cos

b.Vật đợc kéo lên theo mặt phẳng nghiêng:

Vật chịu tác dụng của trọng lực

P , phản lực của mặt 

Nphẳng nghiêng 

N, lực kéo 

F Vật đợc kéo lên đều nên: 

P + 

N+ 

F = 

0  F= Psin vật đi đợc quãng đờng s = l; góc  = 0

F

h

 m

b Hiệu suất động cơ là 60% Tính công suất của động cơ cần trục?

c Nếu phải nâng đều một vật khối lợng 2 tấn cùng lên cao 10m thì thờigian nâng vật là bao nhiêu?

Hớng dẫn giải.

Bớc 1: Tóm tắt đề.

m1 = 1 tấn; h = 10m; t1 = 30s Cho H = 60%; m2 = 2 tấn

a, A1 = ? Tìm b, P = ?

c, t2 = ?

Bớc 2: Phân tích đề bài và lập kế hoạch giải:

+ Để tìm công của lực nâng, ta phải xác định đợc độ lớn của lực đó cầntrục nâng đều nghĩa là lực nâng và trọng lực của vật cân bằng nhau Suy racông của lực nâng Đây là công có ích để nâng vật lên độ cao h

+ Công suất của động cơ

1

' 1 t A

P 

Với '

1

A là công mà động cơ cần thực hiện, nó gồm công để nâng vật vàcông để thắng lực cản, tức là '

1

A = HA1+ Tìm thời gian để nâng vật m2 là bài toán ngợc lại Đại lợng duy nhất

liên quan đến thời gian ở đây là công suất P :

2

' 2 t

A

P  = 5 , 6 ( kW )

30

7 , 166



c Công của lực nâng vật có khối lợng m2 = 2 tấn lên độ cao h là: A2 = m2ghVới hiệu suất h = 60% thì công toàn phần động cơ phải sản ra là:

gh m PH

% 100



% 60 10 6 , 5

10 1 10 2

và ngợc lại Muốn cho máy sinh công nhiều mà tốn ít thời gian thì ngời ta tìmcách nâng cao công suất và hiệu suất của máy

Biểu thức: Wđ = Wđ 2 - Wđ 1 = A

Thế năng: là năng lợng của một vật (hệ vật) có do tơng tác giữa cácphần của vật (giữa các vật của hệ) và phụ thuộc vào vị trí tơng đối của cácphần (các vật) ấy

- Hai loại thế năng: thế năng hấp dẫn: Wt = mgh

Thế năng đàn hồi: Wt = kx 2

2 1

Phân tích tơng tự nh đối với động năng, ta cũng rút ra tính chất tơng

đ-ơng có thể gọi là định lý về độ giảm thế năng: độ giảm thế năng của vật bằngcông của ngoại lực tác dụng lên vật: W t1- W t2 = A

* Chú ý khi làm bài tập phải chọn mốc thế năng trớc khi tính

Bớc 2: Phân tích đề bài và lập kế hoạch giải:

+ Biểu thức động năng cho biết động năng phụ thuộc vận tốc các hệquy chiếu khác nhau thì vận tốc khác nhau, do đó động năng cũng khác nhau

+ Khi xác định đợc vận tốc của vật ở hệ quy chiếu nào đó thì có thể tính

đợc động năng, do đó xác định đợc biến thiên động năng tơng ứng - chính làcông của lực ném trong hệ quy chiếu đó

Bớc 3: Thực hiện kế hoạch giải:

a + Động năng của vật đối với xe:

- Trớc khi ném: vật đứng yên đối với xe  v12 = 0  Wd12 = 0

- Sau khi ném: vận tốc của vật đối với xe là '

+ Động năng của vật đối với đất:

- Trớc khi ném: vật đứng yên trên xe nên vật và xe cùng chuyển độngvới vận tốc là: v13 = v23 = 6 (m/s).

Bớc 4: Củng cố:

Qua bài tập này, học sinh hiểu cụ thể sự phụ thuộc của động năng vào

hệ quy chiếu Dùng định lý động năng có thể tính công của lực mà không cầnbiết độ lớn của lực và quãng đờng vật đi đợc

Hớng dẫn giải:

Bớc 2: phân tích đề bài và kế hoạch giải:

? Trong bài này, để tính công ta dựa vào biểu thức nào?

? Để tìm công suất của động cơ phải biết gì trớc?

+ Thời gian xe đi hết quãng đờng AB: từ at 2

t 

gia tốc của xe

s 2

v a

2 B

B

v

s 2

t  

s 2

v A t

 P =

s 2

v

Adc B

a =

s 2

v s 2

10 60

= 3 (kW)

+ Lực kéo trên đoạn AB: Ađc = Fk.s  Fk =

100

10 60 s

148 3

Bớc 4: Củng cố, mở rộng:

Bài tập này cho học sinh hiểu thêm về định lý động năng: độ biến thiên

động năng bằng công của tất cả các ngoại lực tác dụng lên vật

Giáo viên cũng có thể hớng dẫn học sinh kiểm tra kết quả trên bằngcách giải theo phơng pháp động lực học

Bài tập 10

Cho hai vật m1 = 2 kg; m2 = 3 kg nối với nhau bằng một sợi dây quaròng rọc trên mặt phẳng nghiêng nh hình vẽ, góc  = 300 Ban đầu m1, m2

ngang nhau, cách chân mặt phẳng nghiêng một đoạn h0=3m Tính thế năng và

độ biến thiên thế năng của hệ hai vật ở vị trí ban đầu và vị trí m1 đi xuống đợcmột đoạn s = 1m, nếu:

Bớc 2: Phân tích bài tập và kế hoạch giải.

+ Trong biểu thức Wt = mgh, với h là độ cao của vật so với mốc, nên giátrị Wt thay đổi khi chọn các mốc thế khác nhau

+ Khi xác định đợc độ cao h của vật so với mốc thì tìm đợc thế năng

t-ơng ứng Suy ra độ biến thiên thế năng: Wt = W t1 Wt0

Bớc 3: Thực hiện kế hoạch giải

Khi đó m2 cũng đi lên đợc một đoạn s = 1m theo mặt phẳng nghiêng

 Độ cao của m2 là: h12 = ho + s sin = 3 +

b) Chọn mốc thế năng ở độ cao ban đầu của hệ.

Bài tập 11:

Cho hệ thống nh hình vẽ m1 = 1kg , m2 = 1,5kg

Bỏ qua ma sát, khối lợng dây và ròng rọc Thả cho hệ

chuyển động, vật m1 đi lên hay đi xuống? Khi m1 di

chuyển 1m, tìm độ biến thiên thế năng của hệ? m1

Bớc 2: Phân tích nội dung bài tập và kế hoạch giải:

? Khi hệ chuyển động thì những vật nào trong hệ chuyển động?

+ Vật m1, m2 và ròng rọc động chuyển động

? Để biết chiều chuyển động của m1 thì cần biết chiều chuyển động củavật nào?

+ Biết chiều chuyển động m2 hoặc ròng rọc động

? Chiều chuyển động của m2 hoặc ròng rọc động xác định ra sao?

+ Xác định từ chiều của tổng hợp lực tác dụng lên vật

- Tìm độ biến thiên thế năng của hệ thì trớc hết phải chọn mốc thế

Độ biến thiên thế năng Wt = Wt - W'

t với Wt = (m1gh1 + m2gh2)

P  ròng rọc động đi lên  vật m1 đi xuống

- Chọn mốc thế năng tại vị trí ban đầu của hệ:

t = Wt = - 2,5 (J)

 ' 1

T

'' 1

Q 