Bài tập Vật lí là một phần quan trọng đối với quá trình dạy học các môn khoa học tự nhiên nói chung và đối với bộ môn Vật lí nói riêng ở cấp phổ thông. Ngoài việc sử dụng các bài tập đã có ở sách giáo khoa và sách tham khảo thì việc sáng tạo ra các bài tập Vật lí mới là việc làm thường xuyên và rất quan trọng đối với mỗi giáo viên trong quá trình dạy học.
Nguyễn Minh Tuấn Một số kinh nghiệm sáng tạo tập Vật lí dùng cho học sinh phổ thông Nguyễn Minh Tuấn Trường Trung học phổ thông Yên Thành 2, Nghệ An Xóm 1, xã Bắc Thành, huyện Yên Thành, tỉnh Nghệ An, Việt Nam Email: tuannhunguyen@gmail.com TÓM TẮT: Bài tập Vật lí phần quan trọng q trình dạy học mơn khoa học tự nhiên nói chung mơn Vật lí nói riêng cấp phổ thơng Ngồi việc sử dụng tập có sách giáo khoa sách tham khảo việc sáng tạo tập Vật lí việc làm thường xuyên quan trọng giáo viên q trình dạy học Đặc biệt cơng tác giảng dạy bồi dưỡng học sinh khá, giỏi cần tốn hay, địi hỏi khả tư cao vận dụng nhiều kiến thức tổng hợp… Qua nhiều năm giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi, tác giả đúc rút kinh nghiệm sáng tạo nhiều tốn Vật lí để phục vụ cho cơng việc giảng dạy có nhiều toán đăng chuyên mục ‘‘Đề kì này’’ Tạp chí Tốn học & Tuổi trẻ Tạp chí Vật lí & Tuổi trẻ Qua báo này, tác giả muốn trao đổi số kinh nghiệm với đồng nghiệp vấn đề TỪ KHĨA: Bài tập Vật lí; kinh nghiệm sáng tạo; bồi dưỡng Nhận 26/11/2019 Đặt vấn đề Trong dạy học mơn Vật lí bậc phổ thơng tập có tác dụng lớn hiệu cao việc thực nhiệm vụ dạy học Ngoài việc sử dụng tập có sách giáo khoa sách tham khảo việc sáng tạo tập Vật lí việc làm thường xuyên quan trọng giáo viên trình dạy học Đặc biệt công tác giảng dạy bồi dưỡng học sinh khá, giỏi cần toán hay, đòi hỏi khả tư cao vận dụng nhiều kiến thức tổng hợp…Qua nhiều năm giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi, sáng tạo nhiều tốn Vật lí để phục vụ cho cơng việc giảng dạy, có số tốn đăng số Tạp chí Tốn học & Tuổi trẻ Tạp chí Vật lí &Tuổi trẻ Trong khuôn khổ báo, tác giả muốn trao đổi số kinh nghiệm vấn đề Nội dung nghiên cứu 2.1 Nguyên tắc chung để sáng tạo tốn Vật lí 2.1.1 Bài tốn sáng tạo phải đảm bảo yêu cầu - Hiện tượng vật lí tốn phải phù hợp với định luật vật lí, thuyết vật lí… xảy tự nhiên kĩ thuật - Bài tốn phải có lời giải, kết lời giải phải phù hợp với định luật vật lí, thuyết vật lí phù hợp với thực tế 2.1.2 Các bước sáng tạo tốn Vật lí Bước 1: Lập đề Việc lập đề phải tiến hành theo cách sau: - Xuất phát từ tốn cụ thể có để sáng tạo toán khác - Xuất phát từ tượng vật lí tự nhiên Nhận kết phản biện chỉnh sửa 03/12/2019 Duyệt đăng 25/01/2020 kĩ thuật để nghĩ đề Bước 2: Giải toán lập Tiến hành giải tốn lập xem có lời giải không, ý giải vận dụng công thức, định luật học sinh biết Bước 3: Biện luận: Xem lời giải có hợp logic khơng, kết có vơ lí khơng Bước 4: Khẳng định tốn đặt hay khơng 2.1.3 Điều kiện để sáng tạo tốn Cơng việc sáng tạo tốn hay khơng đơn giản, dễ dàng Để sáng tạo tốn Vật lí hay khó, người thầy giáo phải có phẩm chất sau đây: - Phải say mê với nghề nghiệp, say mê với chun mơn mình, lịng say mê thơi thúc hiểu biết, tìm tịi sáng tạo - Phải đọc nhiều sách tham khảo để nắm vững đào sâu suy nghĩ vấn đề chuyên môn, trang bị kiến thức rút kinh nghiệm riêng - Phải có tác phong nghiên cứu khoa học, tập sáng tạo toán đơn giản, đến toán hay - Sáng tạo tốn phần phải đọc kĩ lí thuyết phần ấy, lí thuyết sách giáo khoa phổ thông, sách tham khảo nâng cao giáo trình đại học - Để sáng tạo tốn trước hết phải có ý tưởng, ý tưởng nẩy sinh khả tư từ tình 2.2 Các ví dụ minh họa Việc sáng tạo tốn Vật lí thực từ Số 25 tháng 01/2020 29 NGHIÊN CỨU LÍ LUẬN ý tưởng khác mà tơi xin tạm gọi tình Sau đây, tơi xin nêu số tình tốn mà tơi sáng tạo dựa tình tốn minh họa có lời giải cụ thể 2.2.1 Tình 1: Sáng tạo tốn Vật lí xuất phát từ ý tưởng đặc biệt hoá, khái quát hoá toán khác có (bài tốn gốc) Bài tốn 1: Một nguồn điện có suất điện động E điện trở r mắc với mạch biến trở R Phải thay đổi giá trị biến trở R để cơng suất tiêu thụ mạch ngồi cực đại tính cơng suất cực đại Bài tốn 2: Một nguồn điện có suất điện động E điện trở r, mắc với mạch ngồi tiêu thụ cơng suất P0 hiệu điện hai cực nguồn U0 Hỏi dùng nguồn điện cung cấp cho mạch ngồi cơng suất tiêu thụ lớn bao nhiêu? (Tính theo E, P0 U0) Nhận xét: - Bài toán xét trường hợp tiêu thụ mạch ngồi tỏa nhiệt điện trở R Cịn tốn xét tiêu thụ mạch ngồi là toả nhiệt có máy thu Ta thấy, toán tổng quát toán Như vậy, từ toán xuất phát từ ý tưởng xét tiêu thụ mạch ngồi ta sáng tạo tốn - Bài toán toán bản, học sinh trung bình giải lại học sinh làm kể học sinh khá, giỏi (Thường học sinh xét trường hợp đặc biệt 1) nhiều Khi giải toán cần phải vận dụng nhiều kiến thức tổng hợp R1 A ~ K B A Hình 2.2.3 Tình 3: Từ tốn có ta thêm điều kiện vào để sáng tạo tốn theo dạng khác có liên quan Từ toán mục 2.2.2, ta nảy sinh ý tưởng tìm điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch trường hợp mạch điện xoay chiều có điốt phải làm nào? Từ toán thêm điều kiện vào để tìm điện áp hiệu dụng ta csáng tạo toán 12 Bài toán 12 hay vận dụng nhiều kiến thức tổng hợp Số 25 tháng 01/2020 31 NGHIÊN CỨU LÍ LUẬN 2.2.8 Tình 8: Sáng tạo tốn Vật lí từ hệ ta suy từ cơng thức, định luật vật lí… Từ tính chất mạch điện cầu ta có sáng tạo tốn sau: Bài tốn 13: Cho mạch điện Hình Nguồn điện có hiệu điện khơng đổi U=12V Hai bóng đèn giống ghi 6V-6W Thanh dẫn MN dài, đồng chất, tiết diện Vị trí nối bóng đèn với X Y di chuyển dọc theo cho MX=NY Khi thay đổi vi trí X Y thấy xảy hai trường hợp đèn sáng bình thường cơng suất tiêu thụ tồn mạch ngồi hai trường hợp sai khác 1,2 lần Tìm điện trở toàn phần MN (Đề L1/359, Tạp chí Tốn học & Tuổi trẻ, số 359) + U - Chọn mặt đất làm mốc tính trọng trường a Xác định độ lớn vận tốc vật lúc vừa rơi đến chạm đất b Khi vật độ cao vật động năng? Nhận xét kết tìm Nhận xét: - Đây toán đơn giản nhiên giải phương pháp vận dụng định luật bảo tồn khơng biết hướng v Kết câu a không phụ thuộc → vào hướng v0 Đ1 Y M ban đầu từ ta sáng tạo tốn 15 ‘lạ’ học sinh Bài toán 16: Từ độ cao h = 15m so với mặt đất, vật có khối lượng m truyền vận tốc ban đầu v có độ lớn v0 = 20m / s Bỏ qua sức cản khơng khí, lấy g=10m/s2 X Đ N Hình Xét chất điểm chuyển động chậm dần đều, ta chia quãng đường vật dừng lại thành đoạn ta suy tính chất thời gian đoạn theo tỉ lệ: tn tn −1 t2 t1 = = = = 4− 2(n − 1) − 2(n − 2) 2n − 2(n − 1) Từ tính chất ta sáng tạo tốn sau: Bài toán 14: Một chất điểm chuyển động chậm dần đều.Ta phải chia quãng đường vật từ thời điểm lúc vật dừng lại thành đoạn để tổng thời gian đoạn ( + 1) lần tổng thời gian đoạn đầu đoạn cuối 2.2.9 Tình 9: Từ tốn thường gặp cách thay đổi cách hỏi, ta tạo tốn “lạ” “mới” Bài toán 15: Một vật chuyển động với gia tốc khơng đổi có độ lớn a=5m/s2.Tại thời điểm t1=2 s véc tơ vận tốc véc tơ gia tốc vật hợp với góc α = 600 vận tốc có độ lớn v1=10m/s Hãy xác định: a Thời điểm mà vận tốc vật có độ lớn nhỏ Tính độ lớn nhỏ vận tốc b Khoảng cách vị trí vật thời điểm t1 thời điểm ban đầu t=0 s (Đề L1/405, Tạp chí Tốn học & Tuổi trẻ số 405) Nhận xét: Bài toán vật ném xiên hướng lên toán ta biết vật đạt độ cao cực đại vận tốc có độ lớn nhỏ Từ toán xuất ý tưởng xét toán tương tự cách thay đổi cách cho điều kiện 32 TẠP CHÍ KHOA HỌC GIÁO DỤC VIỆT NAM - Kết câu b có điều kiện hướng v Rất học sinh xác định điều kiện 2.2.10 Tình 10: Sáng tạo tốn trường hợp xét tới Bài tốn 17: Hai lị xo nhẹ L1 L2 có độ cứng k1=100N/m, k2=400N/m Hai vật nhỏ (1) (2)có thể trượt khơng ma sát mặt bàn nằm ngang có khối lượng m1=100g, m2=400g Ta bố trí hệ Hình Hai đầu lò xo gắn cố định vào tường M N, hai đầu lại gắn vào hai vật cho trục hai lị xo ln ln nằm đường thẳng nằm ngang MN Ở vị trí cân hai vật cách đoạn a= cm Lúc đầu vật (2) đứng yên vật (1) đưa đến vị trí để lị xo L1 bị nén đoạn ∆l1 = 5cm thả nhẹ Biết vật (1) sau va chạm lần với vật (2) lị xo L1 bị nén cực đại đoạn ∆l2 = 2cm Tìm khoảng thời gian từ lần va chạm đến lần va chạm lần thứ hai vật (Đề L1/416, Tạp chí Tốn học & Tuổi trẻ số 416) M L1 (1) (2) L2 N Hình Nhận xét: Từ nhiều toán va chạm vật hoàn toàn đàn hồi hoàn toàn mềm ta có ý tưởng đặt tốn va chạm hai vật va chạm khơng thuộc loại hồn toàn đàn hồi hoàn toàn mềm trường hợp xét đến từ ta có tốn 17 Bài tốn 18: Cho mạch điện Hình Đặt vào A, B điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U=220V tần số f=50 Hz Giữa M B mắc vào bóng đèn giống có ghi 110V-55W Khi mắc vào A B hai bóng đèn đèn sáng bình thường cơng suất tiêu thụ tồn mạch P=180W Hỏi vào M Nguyễn Minh Tuấn B bóng đèn để cơng suất tiêu thụ toàn mạch lớn nhất? (Coi điện trở đèn hoạt động có giá trị khơng đổi) (Đề L2/353, Tạp chí Tốn học & Tuổi trẻ, số 371) A L,r M B Hình Nhận xét: Xuất phát từ toán quen thuộc tìm điều kiện để cơng suất tiêu thụ đoạn mạch xoay chiều RLC đạt cực đại điện trở R thay đổi ta có ý tưởng thay điện trở R điện trở bóng đèn ghép lại (các bóng đèn số nguyên nên điện trở đoạn mạch thay đổi khơng liên tục) điều kiện cực trị nào? Vấn đề tìm cực trị trường hợp R thay đổi giá trị khơng liên tục thường gặp từ ta sáng tạo tốn 18 2.2.11 Tình 11: Từ tốn đơn giản có, ta suy nghĩ thay đổi điều kiện nhỏ để có tốn hay khó Bài tốn 19: Điện truyền từ trạm phát điện đến nơi tiêu thụ đường dây tải điện pha Biết điện trở đường dây điện áp hiệu dụng trạm phát điện không thay đổi Hệ số công suất nơi truyền 0,8 Khi ta tăng cơng suất truyền tải lên lần hiệu suất trình truyền tải giảm từ 80% xuống cịn 60%? Bài tốn 20: Điện truyền từ trạm phát điện đến nơi tiêu thụ đường dây tải điện pha Biết điện trở đường dây điện áp hiệu dụng trạm phát điện không thay đổi Hệ số công suất nơi tiêu thụ 0,8 Khi ta tăng công suất truyền tải lên lần hiệu suất trình truyền tải giảm từ 80% xuống cịn 60%? Nhận xét: Ở thay đổi điều kiện hệ số công suất nơi phát nơi tiêu thụ khơng thay đổi từ tốn đơn giản 19 trở thành tốn khó 20 Kết luận Trên số vấn đề suy nghĩ làm trình giảng dạy Đây khơng phải vấn đề lớn, dạy học mơn khoa học tự nhiên nói chung, mơn Vật lí nói riêng đặc biệt bồi dưỡng học sinh khá, giỏi việc làm thói quen cần thiết Đối với riêng tơi, đem lại nhiều thành cơng giảng dạy tạo niềm say mê chuyên môn đồng thời hiểu sâu sắc kiến thức vật lí phổ thơng Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Minh Tuấn, (3/2006), Bài L1, Tạp chí Tốn học & Tuổi trẻ, số 345, tr.17 [2] Nguyễn Minh Tuấn, (12/2006), Bài L2, Tạp chí Toán học & Tuổi trẻ, số 353, tr.17 [3] Nguyễn Minh Tuấn, (5/2007), Bài L2, Tạp chí Tốn học & Tuổi trẻ, số 359, tr.17 [4] Nguyễn Minh Tuấn, (5/2008), Bài L1, Tạp chí Tốn học & Tuổi trẻ, số 371, tr.17 [5] Nguyễn Minh Tuấn, (5/2009), Bài L1, Tạp chí Tốn học & Tuổi trẻ, số 383, tr.16 [6] Nguyễn Minh Tuấn, (3/2006), Bài L2, Tạp chí Tốn học & Tuổi trẻ, số 405, tr.17 [7] Nguyễn Minh Tuấn, (2/2012), Bài L1, Tạp chí Tốn học & Tuổi trẻ, số 416, tr.17 [8] Nguyễn Minh Tuấn, (11/2011), Bài CS2, Tạp chí Vật lí & Tuổi trẻ, số 99, tr.5 [9] Phạm Xuân Mai, (9/2006), Tạp chí Vật lí & Tuổi trẻ, số 37, tr.14 SOME EXPERIENCES IN CREATING NEW PHYSICAL EXERCISES FOR HIGH SCHOOL STUDENTS Nguyen Minh Tuan Yen Thanh High School Hamlet 1, Bac Thanh commune, Yen Thanh district, Nghe An province, Vietnam Email: tuannhunguyen@gmail.com ABSTRACT: Physical exercises are an important part of natural sciences teaching in general and physics teaching in particular at high school level In addition to using available exercises in textbooks and reference books, the creation of new physics exercises, especially the interesting exercises which require high thinking skills and general knowledge application, should be required for every teacher in teaching and fostering good and excellent students Through many years of training good students, the author has created many useful physics exercises, which have published in the section “Tests of this term” of “Mathematics and Youth Magazine” and “Physics and Youth Magazine” In this article, the author aims to share some useful experiences with colleagues about this issue KEYWORDS: Physical exercises; creative experiences; fostering Số 25 tháng 01/2020 33 ... tiêu thụ mạch ngồi ta sáng tạo toán - Bài toán toán bản, học sinh trung bình giải lại học sinh làm kể học sinh khá, giỏi (Thường học sinh xét trường hợp đặc biệt 1) nhiều Khi giải toán cần phải... c sáng tạo toán 12 Bài toán 12 hay vận dụng nhiều kiến thức tổng hợp Số 25 tháng 01/2020 31 NGHIÊN CỨU LÍ LUẬN 2.2.8 Tình 8: Sáng tạo tốn Vật lí từ hệ ta suy từ cơng thức, định luật vật lí? ??... thức vật lí phổ thông Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Minh Tuấn, (3/2006), Bài L1, Tạp chí Tốn học & Tuổi trẻ, số 345, tr.17 [2] Nguyễn Minh Tuấn, (12/2006), Bài L2, Tạp chí Tốn học & Tuổi trẻ, số