Vận dụng phương pháp tương tự trong dạy học vật lý THPT chương động lực học vật rắn ( chương trình nâng cao lớp 10 ) luận văn thạc sỹ giáo dục học

Mục đích nghiên cứu Nghiờn cứu vận dụng phương phỏp tương tự vào dạy học chương “ Động lựchọc vật rắn” CT nõng cao lớp 12 nhằm nõng cao chất lượng dạy học nội dungđộng lực học vật rắn và

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

GS TS NGUYỄN QUANG LẠC

VINH - 2011

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS

TS Nguyễn Quang Lạc, người đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi trong suốt thờigian làm luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn:

- Ban giám hiệu, khoa sau đại học, Ban chủ nhiệm khoa Vật lý, và các thầy

cô giáo trong tổ phương pháp giảng dạy Vật lý trường Đại học Vinh

- Ban giám hiệu, Tổ Vật lý trường THPT Thái Lão, các lớp học sinh 12A1,12A2, đã tạo điều kiện về thời gian và cơ sở vật chất giúp đỡ tôi trong suốt quátrình học tập và nghiên cứu để hoàn thành luận văn

- Xin cảm ơn các bạn học viên Cao học khóa 17 – chuyên ngành Phươngpháp giảng dạy Vật lý và những bạn bè đồng nghiệp đã động viên giúp đõ tôi trongthời gian qua

Hưng nguyên, ngày15 tháng 12 năm 2011

Tác giả

PHAN TRẦN HẢI

Mở Đầu 1

1.Lý do chọn đề tài 1

2 Mục Đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng nghiên cứu 3

4 Giả thuyết khoa học 3

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

6 Phương pháp nghiên cứu 4

7 Đóng góp của luận văn 4

8 Cấu trúc luận văn .5

Nội dung 6

Chương 1: Cơ sở lý luận phương pháp tương tự và việc phát triển năng lực tư duy của học sinh 6

1.1 Sự Tương tự và suy luận tương tự 6

1.2 Các dạng suy luận tương tự 7

1.2.1 Suy luận tương tự về các tính chất đối tượng 7

1.2.2 Suy luận tương tự về các mối quan hệ giữa các đối tượng 8

1.2.3 Suy luận tương tự về cấu trúc và chức năng 11

1.2.4 Đặc điểm của suy luận tương tự 12

1.3 Phương pháp tương tự và đặc điểm của nó 13

1.3.1 Phương pháp tương tự 13

1.3.2 Đặc điểm của phương pháp tương tự 15

1.4 Phương pháp tương tự trong nghiên cứu vật lý 16

1.4.1 Vai trò của phương pháp tương tự trong nghiên cứu vật lý 16

1.4.2 Những nguyên tắc của phương pháp tương tự 17

1.4.3 Những hạn chế của phương pháp tương tự 18

1.5 Phương pháp tương tự trong dạy học vật lý 18

1.5.1 Sự cần thiết của việc sử phương phỏp tương tự trong dạy học vật lý 18

1.5.2 Cỏc khả năng sử dụng phương phỏp tương tự trong dạy học vật lý 19

1.5.3 Một số yờu cầu khi sử dụng sự tương tự và phương phỏp tương tự 20

Kết luận chương 1 22

Chương 2 : Vận dụng phương phỏp tương tự vào dạy học phần động lực học vật rắn 23

2.1 Những vấn đề chung khi giảng dạy chương động lực học vật rắn 23

2.1.1 Thực trạng và những khú khăn khi dạy học của giỏo viờn và tiếp thu kiến thức mới của học sinh trong chương động lực học vật rắn 23

2.1.2 Những điều cần lưu ý khi dạy chương động lực học vật rắn 24

2.1.3 Những điều cần lưu ý với bài: “ Chuyển động quay của vật rắn 25

quanh trục cố định ” 2.1.4 Những điều cần lưu ý với bài “ Phương trỡnh động lực học của vật rắn quay quanh trục cố định ” 25

2.1.5 Những điều cần lưu ý với bài “ Mụ men động lượng , định luật bảo toàn mụ men động lượng ” 26

2.1.6 Những điều cần lưu ý với bài “ Động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định” 27

2.2 Phõn tớch sự tương tự giữa động học chất điểm và động học vật rắn 28

2.2.1 Sự tương tự giữa chuyển động thẳng và chuyển động quay 28

2.2.2 Sự tương tự giữa động lực học chất điểm và động lực học vật rắn 31

2.3 Vận dụng phương phỏp tương tự trong bài học xõy dựng kiến thức mới 35

2.3.1 Bài học: “ Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định” 35

2.3.2 Bài học: “Phơng trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định ” 42

2.3.3 Bài học:“Mô men động lợng, định luật bảo toàn mô men động lợng” 48

2.3.4 Bài học:“ Động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định.” 52

2.4 Vận dụng phơng pháp tơng tự để hớng dẫn học sinh giải bài tập 56

2.4.1 Phơng pháp giải bài tập vật lý 56

2.4.2 Bài tập về động học vật rắn 57

2.4.3 Bài tập về động lực học vật rắn 61

2.4.4 Nhận xét: 67

Kết luận chương 2 67

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 69

3.1 Mục đích của thực nghiệm s phạm 69

3.2 Đối tợng thực nghiệm s phạm 69

3.3 Nhiệm vụ của thực nghiệm s phạm 69

3.4 Nội dung thực nghiệm s phạm 69

3.4.1 Lựa chọn lớp đối chứng và lớp thực nghiệm 69

3.4.2 Nội dung thực nghiệm 70

3.4.3 Kết quả thực nghiệm 71

Kết luận chương 3 76

Kết luận 76

Tài liệu tham khảo 79 Phụ lục

MỞ ĐẦU

1.Lý do chọn đề tài

Việc nâng cao chất lợng giáo dục phải gắn liền với việc đổi mới mục tiêu, nội dung chơng trình, đổi mới về phơng pháp giảng dạy để học sinh có thể đáp ứng

đợc những yêu cầu nhất định Ở trờng phổ thông học sinh không những nắm vững

nội dung kiến thức môn học mà còn phải có khả năng vận dụng những kiến thức đóvào thực tế cuộc sống hoặc tiếp tục học lên các bậc học cao hơn

Đối với việc dạy học môn vật lý ở trờng phổ thông, mục tiêu đó đợc cụ thểhúa trong 4 nhiệm vụ: giáo dỡng, giáo dục, phát triển và giáo dục kỹ thuật tổnghợp Trong đó phát triển năng lực và t duy của học sinh là nhiệm vụ đặc biệt quantrọng, là động lực giúp cho việc thực hiện có hiệu quả các nhiệm vụ còn lại Nộidung phát triển năng lực t duy cho học sinh bao gồm: rèn luyện những thao táchành động, phơng pháp nhận thức cơ bản, công cụ để học sinh chiếm lĩnh kiếnthức, vận dụng sáng tạo kiến thức để giải quyết vấn đề trong học tập và hoạt độngthực tiễn

Để phát triển năng lực nhận thức và t duy một cách toàn diện cho học sinhthì đòi hỏi giáo viên phải có phơng pháp truyền thụ kiến thức thích hợp mang tínhhiệu quả và gây đợc sự hứng thú của học sinh Trong từng bài giảng trong từng lớphọc từng nhóm tổ học sinh, giáo viên phải vận dụng những phơng pháp truyền thụthích hợp để học sinh tiếp thu kiến thức một cách chủ động và biết vận dụng kiếnthức vào thực tế cuộc sống

Một trong những quá trình t duy của học sinh là quá trình suy luận tơng tự Suy luận tơng tự có vai trò to lớn trong hoạt động thực tiễn và khoa học Trong giai

đoạn quan sát ban đầu để tìm phơng hớng hoạt động hoặc đề ra giả thuyết suy luậntơng tự chiếm u thế Quan sát phát hiện sự tơng tự cho phép dự báo cỏch giải quyết.Phơng pháp tơng tự giúp nhanh chóng định hớng hành động khi cha có điều kiệnkiểm tra, chứng minh khoa học

Chơng “Động lực học vật rắn” là một chơng mới của chơng trình phân ban.Chơng này không có ở chơng trình cơ bản và không có trong chơng trình cải cách

cũ HS phải tiếp cận với nhiều kiến thức mới, khái niệm mới nh : chuyển động quaybiến đổi đều của vật rắn, phơng trình động lực học vật rắn quay quanh trục cố định,mô men động lợng, định luật bảo toàn mô men động lợng, động năng của vật rắnquay quanh trục cố định

Để học sinh tiếp cận dễ dàng với các khái niệm mới, kiến thức mới cần phảicho học sinh tìm đợc mối liên hệ giữa kiến thức mới và kiến thức cũ đã học, tìm đ-

ợc sự tơng tự giữa kiến thức cũ và mới cú nh thế mới vừa giúp học sinh củng cố cáckhái niệm và kiến thức đã học góp phần khắc sâu chúng vừa tạo tiền đề cho quátrình nhận thức vấn đề mới mà không bị choán ngợp, ngỡ ngàng

Vận dụng tốt phơng pháp tơng tự không những làm cho học sinh tiếp thu tốtbài học mà còn giúp cho học sinh giải tốt nhiều bài tập Từ những dạng bài tập cơbản điển hình học sinh có phơng án giải nhiều bài tập cụ thể bằng cách đa ra nhữngchuỗi suy luận tơng tự, những bài tập mình đang làm vận dụng những phơng phápcơ bản nào, bài đó tơng tự với những dạng bài nào mình đã biết, mối liên hệ giữachúng nh thế nào? từ đó có phơng pháp giải bài tập thích hợp.

Vì vậy vấn đề đặt ra là cần hình thành và rèn luyện cho học sinh phơng phápsuy luận tơng tự thông qua các bài giảng trên lớp nhất là các bài giảng phần độnglực học vật rắn một phần kiến thức vừa mới mẻ vừa khó trong chơng trình vật lý

phổ thông Đó là lý do để tôi chọn đề tài Vận dụng phơng pháp tơng tự trong dạy

học vật lý THPT chơng I động lực học vật rắn (CT nâng cao lớp 12)

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiờn cứu vận dụng phương phỏp tương tự vào dạy học chương “ Động lựchọc vật rắn” (CT nõng cao lớp 12) nhằm nõng cao chất lượng dạy học nội dungđộng lực học vật rắn và gúp phần bồi dưỡng năng lực tư duy cho học sinh, giỳphọc sinh tiếp thu bài giảng hiệu quả hơn, biết vận dụng những kiến thức đó học đểgiải bài tập và ỏp dụng trong thực tế cuộc sống

3 Đối tợng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tợng nghiên cứu

- Quỏ trỡnh dạy học vật lý ở trờng THPT

- Học sinh THPT và giáo viên giảng dạy THPT

- Phương phỏp tương tự trong nhận thức vật lý và trong dạy học vật lý ở trườngTHPT

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Chơng động lực học vật rắn thuộc chơng trình vật lý 12 nâng cao THPT

- Hoạt động dạy và học môn Vật lý của giáo viên và học sinh ở THPT ở chơng “ Động lực học vật rắn” theo phương phỏp tương tự

4 Giả thuyết khoa học

Nếu vận dụng sáng tạo và nhuần nhuyễn phơng pháp tơng tự trong việc dạyhọc sẽ góp phần phát huy tính tích cực chủ động của học sinh, từ đó góp phần nângcao chất lợng dạy học Vật lý ở trờng phổ thông

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận của phơng pháp tương tự

- Tìm hiểu thực trạng của việc giảng dạy chơng “Động lực học vật rắn” và thựctrạng học tập của học sinh đối với chơng động lực học vật rắn ở trờng phổ thông

- Nghiên cứu nội dung chơng trình vật lý đại cơng phần động học chất điểm, độnglực học chất điểm và động lực học vật rắn, các kiến thức khoa học liên quan đếnphần động lực học vật rắn

- Nghiên cứu mục tiờu và nội dung chơng trình vật lý phổ thông cỏc phần động họcchất điểm , động lực học chất điểm và động lực học vật rắn

- Thiết kế các phơng án dạy học sử dụng phơng pháp tơng tự cho các bài học củachơng động lực học vật rắn đó là các bài: “ Chuyển động quay của vật rắn quanhtrục cố định, phơng trình động lực học của vật rắn quay quanh trục cố định, mômen động lợng, định luật bảo toàn mô men động lợng, động năng của vật rắn quayquanh trục cố định và bài tập về động lực học vật rắn”

- Lập sơ đồ so sánh sự tơng tự giữa các kiến thức mới của từng bài với các kiến thức

cũ liên quan tìm ra mối quan hệ chủ yếu, bản chất của từng đơn vị kiến thức

- Từ chơng động lực học vật rắn tổng quát hoá phơng pháp suy luận tơng tự cho cácbài học khác của chơng trình vật lý phổ thông

- Xây dựng phơng pháp tơng tự cho việc giải bài tập động lực học vật rắn nói riêng

và bài tập vật lý THPT nói chung

- Thực nghiệm s phạm tiến hành giảng dạy một vài bài của chơng, dự giờ đánh giágiờ dạy của đồng nghiệp, khảo sát sự tiếp thu của học sinh thông qua các bài dạy,

điều chỉnh để có phơng án dạy học hợp lý với từng đối tợng học sinh , từ đú

để đánh giá tính khả thi, hiệu quả của phơng án đó điều chỉnh để hoàn thiện bàihọc đó thiết kế

- Giúp cho học sinh tiếp cận kiến thức mới dễ dàng hơn từ đó hiểu sâu hơn kiếnthức đã học, thông qua phơng pháp tơng tự hình thành cho HS một phơng pháp tduy mới khi tiếp thu khiến thức mới và khi làm bài tập không những chỉ có chơng

Tài liệu tham khảo

Phần phụ lục

Ví dụ: Chuyển động thẳng biến đổi đều và chuyển động quay biến đổi đều khôngchỉ có các phương trình chuyển động về mặt hình thức tương tự nhau mà chúng

còn đồng nhất về quy luật biến đổi theo thời gian Nguyên nhân của sự thay đổi giatốc là do có lực tác dụng vào vật

* Suy luận tương tự

Suy luận tương tự (SLTT) là một phương pháp suy luận lôgic từ sự giống nhau

về các dấu hiệu xác định của hai hoặc nhiều đối tượng, suy ra sự giống nhau về cácdấu hiệu khác của chúng Từ đó có thể gán kiến thức về đối tượng đã biết cho đốitượng chưa biết nhờ sự tương tự giữa chúng [11]

SLTT có thể diễn tả bằng các sơ đồ sau:

A(M 1 ,M 2 , ,M n ,M n+1 )

B(M 1 ,M 2 , ,M n ) SLTT B(M n+1 )

Nếu đã biết đối tượng A có các dấu hiệu M 1 , M 2 , M n , M n+1 và đối tượng B có các dấu hiệu M 1 , M 2 , , M n thì có thể suy luận rằng: Đối tượng B cũng có dấu hiệu M n+1 .

Suy luận tương tự có vai trò to lớn trong hoạt động thực tiễn và khoa học Tronggiai đoạn quan sát ban đầu để tìm phương hướng hoạt động hoặc đề giả thuyết, suyluận tương tự chiếm vị trí ưu thế Quan sát phát hiện sự tương tự, cho phép dự báocách giải quyết Kết luận do suy luận tương tự cần phải tiếp tục xác minh thôngqua những phương pháp khác Phương pháp tương tự giúp nhanh chóng địnhhướng hành động khi chưa có điều kiện kiểm tra, chứng minh khoa học

1.2 CÁC DẠNG SUY LUẬN TƯƠNG TỰ

1.2.1 Suy luận tương tự các tính chất của đối tượng

- Cấu trúc hình thức của dạng suy luận này là:

A, B(N 1 , N 2 , N n )

A( N n+1 ) SLTT B ( N n+1 )

Nếu các đối tượng A và B giống nhau ở các tính chất N 1 , N 2 , , N n và đối

tượng A còn có tính chất N n+1 thì có thể suy luận rằng đối tượng B cũng có tính chất N n+1

Ví dụ :

- Sóng cơ học có tính chất: phản xạ (N 1 ), nhiễu xạ (N 2 ) , giao thoa (N 3 )

- Sóng điện từ cũng có tính chất N 1 , N 2 SLTT sóng điện từ cũng có tínhchất giao thoa như sóng cơ học

1.2.2 Suy luận về sự tương tự các mối quan hệ giữa các đối tượng

Cấu trúc hình thức của dạng suy luận này là :

A = B

AqC SLTT BqC

Suy luận về sự tương tự các mối quan hệ được tiến hành nếu hai đối tượng A, B

là cùng loại

Nếu A có mối quan hệ với C thì cũng có thể suy luận rằng B có thể có mối quan

hệ với C Mối quan hệ có thể là:

- Mối quan hệ nhân quả ,

- Mối quan hệ mục đích - phương tiện ,

- Mối quan hệ mô hình ,

- Mối quan hệ điều kiện ,

- Mối quan hệ giữa các yếu tố của hai đối tượng khác nhau

Tuy nhiên ta chưa thể bao quát hết được sự tương tự các mối quan hệ đa dạnggiữa các đối tượng Sau đây ta đề cập đến một số suy luận tương tự về mối quan hệthường gặp

a, Suy luận tương tự về mối quan hệ nhân quả

Suy luận này dựa trên kinh nghiệm là: các nguyên nhân cùng loại ( hoặc tương

tự nhau ) dưới những điều kiện như nhau có thể gây ra các kết quả cùng loại ( hoặctương tự nhau )

- Cấu trúc hình thức của dạng suy luận về sự tương tự nguyên nhân:

( A = B ) Kết quả A = Kết quả B

C n A SLTT C n B

Nguyên nhân C SLTT Nguyên nhân C

Khi các đối tượng A, B cùng loại, nếu C là nguyên nhân của A thì có thể suyluận rằng C là nguyên nhân của B

b, Suy luận tương tự về mối quan hệ giữa mục đích và phương tiện

Suy luận này dựa trên kinh nghiệm là: các mục đích giống nhau có thể đượcthực hiện nhờ các phương tiện giống nhau và ngược lại

- Cấu trúc hình thức của dạng suy luận tương tự về mục đích

Phương tiện 1 = Phương tiện 2

Đích SLTT Đích

Ví dụ:

Ta đã biết: Dùng phương pháp động lực học ta có thể khảo sát được tínhchất của chuyển động tịnh tiến Tương tự như vậy dùng phương pháp động lựchọc để khảo sát chuyển động quay ta cũng suy ra được các tính chất của chuyênđộng quay

- Cấu trúc hình thức của dạng suy luận về sự tương tự phương tiện

c Suy luận tương tự về sự tương ứng

Ngoài sự tương tự về các mối quan hệ giữa các đối tương khác nhau đượcxét một cách toàn bộ, còn có thể tồn tại sự tương tự về các mối quan hệ giữa cácyếu tố của một đối tượng này sang cho các yếu tố tương ứng của một đối tươngkhác

- Cấu trúc hình thức của dạng suy luận này là:

(a 1 , a 2 , , a n ) t(b 1 , b 2 , , b n )

q(a 1 , a 2 , , a n ) SLTT q(b 1 , b 2 , , b n )

Nếu các yếu tố của đối tượng A(a 1 , a 2 , , a n ) có sự tương ứng với các yếu tố

của đối tượng B(b 1 , b 2 , , b n ) và giữa các yếu tố của đối tượng A tồn tại mối

quan hệ q thì có thể kết luận rằng: giữa các yếu tố của đối tượng B cũng tồn tại mối quan hệ q.

Mối quan hệ giữa hai hay nhiều đối tượng như là cái toàn bộ không thể táchrời với các mối quan hệ nhất định giữa các yếu tố của chúng nên sự tương tự về

sự tương ứng thường là cơ sở cho các sự tương tự giữa các đối tượng được xétmột cách toàn bộ và dạng suy luận tương tự này thường xuyên được sử dụng

at t v x

x  

as v

v

at t v s

at v v

2

2 /

2 0 2

2 0 0

2 /

0 2

2 0 0

2 0 0

t t t

t t

1.2.3 Suy luận tương tự về cấu trúc và chức năng

Đây là dạng cơ bản của suy luận tương tự Để thực hiện được tính thốngnhất biện chứng giữa cấu trúc và chức năng của các đối tượng người ta chia suyluận này thành 2 loại

a Suy luận về sự tương tự cấu trúc-chức năng:

Là dạng suy luận trừu tượng hóa khỏi các tính chất cụ thể, dựa vào sự giốngnhau hoàn toàn hoặc một phần cấu trúc của hai đối tượng rút ra kết luận về sự cóthể giống nhau về mặt chức năng của chúng

b Suy luận về sự tương tự chức năng cấu trúc

Là dạng suy luận dựa trên sự giống nhau về mặt chức năng của hai đốitượng, rút ra kết luận về sự giống nhau về mặt cấu trúc của chúng

Sự phân loại các dạng suy luận đã nêu trên chỉ có tính chất tương đối MộtSLTT không phải lúc nào cũng có thể xếp một cách đơn trị vào một trong các dạngSLTT đã nêu Cùng một sự TT giữa hai đối tượng nhưng có thể xếp nó vào cácdạng suy luận khác nhau

Đối với quá trình nhận thức khoa học có ý nghĩa cơ bản là kết luận rút ra từSLTT, chứ không phải là việc sắp xếp SLTT đang tiến hành vào dạng nào nói trên.Tuy nhiên sự trình bày khái quát ở trên về các dạng SLTT vẫn là cần thiết để hiểusâu về suy luận tương tự và để có biện pháp thích hợp bồi dưỡng kỹ năng SLTTcho học sinh

1.2.4 Đặc điểm của suy luận tương tự

Như chúng ta đã biết SLTT không có đủ bằng chứng xác nhận quy luật chiphối các lớp hiện tượng của đối tượng đem so sánh, chăc chắn sẽ chi phối các lớphiện tượng của đối tượng cần nghiên cứu, nên những kết luận rút ra bằng SLTT chỉ

có tính chất giả thuyết, nghĩa là mang tính chất xác suất Vì vậy những kết luận rút

ra bằng SLTT nhất thiết phải được kiểm tra bằng thực nghiệm trên chính đối tượngcần nghiên cứu

Để tăng mức độ tin cậy của các kết luận rút ra bằng SLTT cũng giống nhưsuy luận quy nạp không đầy đủ, cần đáp ứng các điều kiện sau:

a, Tăng số lượng các dấu hiệu được xem xét (số dấu hiệu càng nhiều càngtốt)

b, Lựa chọn một cách ngẫu nhiên các dấu hiệu và xem xét chúng một cáchbình đẳng, không định kiến

Các dấu hiệu giống nhau càng phong phú thì mức độ tin cậy của kết luậncàng cao vì các đối tượng đem so sánh được xem xét đầy đủ, toàn diện hơn

c, Cần gắn quá trình tìm các dấu hiệu giống nhau với việc pháp hiện các dấuhiệu bản chất của các đối tượng đem so sánh để tìm các dấu hiệu bản chất chungcủa chúng Các dấu hiệu bản chất chung càng nhiều thì thì mức độ chính xác củakết luận rút ra bằng SLTT càng cao vì sẽ phát hiện được chính xác mối quan hệ cótính quy luật của các đối tượng này

1.3 PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA NÓ

1.3.1 Phương pháp tương tự

Phương pháp tương tự là phương pháp nhận thức khoa học với việc sử dụng

sự tương tự và phép suy luận tương tự nhằm thu nhận tri thức mới

Trong các khoa học thực nghiệm phương pháp tương tự là phương pháp hayđược sử dụng

Theo logic học: phương pháp tương tự là việc dựa vào sự giống nhau mộtphần về các tính chất hoặc về mối quan hệ mà ta đem những kết luận thuộc về sựvật này gán cho sự vật khác.[12]

Theo ngôn ngữ hiện đại: phương pháp tương tự là việc chuyển những thôngtin (về những tính chất hoặc về những mối quan hệ ) thuộc về đối tượng này sang

đối tượng khác Giả sử đối tượng mẫu (đối tượng so sánh) A có dấu hiệu a 1 , a 2 , ,

a n , a n+1 ; còn đối tượng B muốn nghiên cứu chỉ có các dấu hiệu a 1 , a 2 , , a n thôi

A(a 1 , a 2 , , a n , a n+1 )

B(a 1 , a 2 , , a n)

Ta có thể kết luận ngay là đối tượng B cũng phải có dấu hiệu a n+1 Nếu như

trước đó ta đã có một quy luật gắn bó sự tồn tại của các dấu hiệu: a 1 , a 2 , , a n , a n+1 ;

Những kết luận rút ra bằng phương pháp tương tự chỉ có tính chất giả thuyết.những giả thuyết này cần được kiểm tra bằng phương pháp thực nghiệm thì mới trởthành nhận thức khoa học, bởi ta không đủ bằng chứng xác nhận rằng quy luật chi

phối hiện tượng A chắc chắn sẽ chi phối hiện tượng B

* Các giai đoạn cơ bản của phương pháp tương tự

Bước 1: Tập hợp các dấu hiệu về đối tượng cần nghiên cứu và các dấu hiệu

về đối tượng đã biết

Bước 2: Tiến hành phân tích những dấu hiệu giống nhau và khác nhau giữachúng Kiểm tra xem các dấu hiệu giống nhau có đồng thời là các dấu hiệu bảnchất của đối tượng này hay không

Bước 3: Truyền các tính chất, các quy luật chi phối sự tồn tại và phát triểncho các đối tượng cần nghiên cứu bằng SLTT

Bước 4: Kiểm tra tính đúng đắn của các kết luận rút ra (hoặc các kết quả củachúng) ở chính đối tượng cần nghiên cứu

Nếu các kết luận rút ra không đúng với đối tượng nghiên cứu thì phải trở lạibước 1

Trong nhiều trường hợp thì phương pháp tương tự có thể kết thúc ở bước 3những kết luận đó mang tính giả thuyết và mô hình

Thực nghiệm có vai trò quan trọng trong phương pháp tương tự Nhờ đó taphát hiện được sự tồn tại các dấu hiệu giống nhau (tương tự) của các đối tượng,làm cơ sở cho việc lựa chọn đối tượng đem so sánh và cũng nhờ nó kiểm tra đượctính đúng đắn của các kết luận (hệ quả) rút ra bằng SLTT

1.3.2 Đặc điểm của phương pháp tương tự

- Các mói quan hệ, định luật mà có tầm khái quát lớn thì càng phải sử dụngnhiều đến phương pháp tương tự

- Có thể áp dụng phương pháp tương tự cho rất nhiều mặt, rất nhiều khíacạnh của sự vật Sự tương tự có thể giữa các hình thức bên ngoài, giữa những tínhchất riêng biệt hoặc giữa những điều kiện hoặc nét chung của sự diễn biến các hiệntượng

- Sở dĩ trở thành một phương pháp tư duy khoa học hiện đại là vì sự tương

tự không chỉ có ở bên ngoài mà nó còn nằm ngay trong bản chất sự vật, trước hếtchúng tương tự nhau vì chúng tuân theo những mối quan hệ nhân quả Dựa trênnhững sự tương tự giữa các hệ quả để đưa ra sự tương tự giữa các nguyên nhân

Diderot viết: “Trong vật lý học, tất cả những hiểu biết của chúng ta chỉ dựatrên sự tương tự Nếu sự giống nhau về hệ quả không cho phép ta kết luận về sựgiống nhau của nguyên nhân thì khoa học vật lý sẽ ra sao? Có cần phải đi tìmnguyên nhân của tất cả các hiện tượng tương tự không loại trừ gì hết ? Liệu điều đó

có thực hiện được không ? Y học và những lĩnh vực thực nghiệm của vật lý học sẽnhư thế nào nếu không có nguyên lý tương tự đó ? Nếu cùng một phương tiện, ápdụng cho những trường hợp hoàn toàn giống nhau, ta lại không cho phép ta tintưởng là có cùng một kết quả thì làm thế nào chữa được bệnh ? Có thể rút ra nhữngkết luận như thế nào từ rất nhiều những dự kiện thực nghiệm và quan sát ”

Không những phép tương tự là một phương pháp lôgic mà sự tương tự cònnằm trong bản chất sự vật, một tính chất của thế giới khách quan, đó là ý nghĩatriết học

Những sự tương tự giữa thế giới vi mô và thế giới vĩ mô, giữa giới vô sinh

và giới hữu sinh, giữa tự nhiên và xã hội, giữa vật lý và kỹ thuật đều có ý nghĩasâu xa nói trên Chính nhờ có những sự tương tự này người ta mới có thể xây dựngđược những mô hình của các đối tượng nghiên cứu

- Nội dung của sự tương tự mà ta xét phụ thuộc vào mức độ nông sâu củavấn đề ta nghiên cứu Ví dụ: Khi nghiên cứu con mắt theo quan điểm quang hìnhhọc thì có thể coi mắt tương tự như một cái máy ảnh, nhưng nếu nghiên cứu conmắt theo quan điểm quang lý thì phải so sánh nó với một bộ biến đổi quang điệnphức tạp

- Đa số những giả thuyết khoa học ngày nay được đề xuất dựa trên sự tương

tự với những nguyên lý, những tiên đề hoặc những kết quả đã có trước trong khoahọc và đực kiểm chứng trong thực nghiệm Chẳng hạn như giả thuyết về mẫunguyên tử Rowdepho được đề xuất dưa trên sự tương tự của nguyên tử và hệ mặttrời

1.4 PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ TRONG NGHIÊN CỨU VẬT LÝ

1.4.1 Vai trò của phương pháp tương tự trong nghiên cứu vật lý

- Phương pháp tương tự có giá trị to lớn trong nhận thức khoa học cững nhưtrong hoạt động thực tiễn của con người Việc sử dụng phương pháp tương tự chophép xây dựng các mô hình các lý thuyết mới, đề xuất tư tưởng mới

Ví dụ:

Quang học sóng được xây dựng trên cơ sở sự tương tự giữa sóng ánh sáng

và sóng trên mặt nước trong môi trường đàn hồi HuyGhen đã phát hiện ra sựtruyền âm và ánh sáng, vận dụng lý thuyết về sóng cơ học (cụ thể là sóng âm) đã

nghiên cứu ánh sáng, đã giải thích được nhiều hiện tượng quang học và mở đườngphát triển cho quang học và điện động lực học

- Quá trình so sánh tương tự giữa các đối tượng, ngay cả khi so sánh các đặcđiểm bên ngoài không những giúp làm sáng tỏ các hiện tượng ở nhiều lĩnh vựckhác nhau, phát hiện được cái cụ thể, cái riêng mà còn giúp làm bộc lộ những đặcđiểm bản chất và chung của một chuỗi các đối tượng , thâu tóm các mối quan hệgiữa chúng , tạo thành các lớp đối tượng để từ đó khái quát hóa thành nguyên lý.Các mối quan hệ , các định luật càng có tầm khái quát thì càng phải sử dụng đếnphương pháp tương tự

1.4.2 Những nguyên tắc của phương pháp tương tự

- Khi nghiên cứu bằng PPTT cần phải thực hiện phép so sánh đối chiếu để làsáng tỏ đối tượng: sự tương tự về hình thức sẽ dẫn đến sự tương tự về nội dung vàngược lại, bộc lộ cái chung, cái riêng giữa các đối tượng nghiên cứu và đối tượngđối chiếu Tập hợp được chuỗi các đối tượng tạo thành hệ thống trong mối quan hệlôgic nhất định Trên cơ sở đó có thể đi đến những nguyên lý mang tính khái quát.Đối tượng nghiên cứu có phạm vi càng lớn, tính khái quát cao càng cần đến PPTT

- Phương pháp tương tự chỉ giúp ta đề ra các giả thuyết khoa học về mặtlôgic, những kết luận rút ra từ phương pháp tương tự cần được chứng minh mộtcách chặt chẽ hơn bằng các phương pháp khác Một trong những yêu cầu quantrọng là chúng phải được kiểm nghiệm trong thực tế Không thể dùng phương pháptương tự để đi đến một giả thuyết hoàn chỉnh Sự tương tự chỉ là một yếu tố kíchthích sự ra đời của những giả thuyết khoa học

- Trong quá trình nhận thức, phương pháp tương tự phải được kết hợp chặtchẽ với phương pháp giả thuyết và phương pháp thực nghiệm

Ví dụ:

Trong quá trình xây dựng mẫu hành tinh nguyên tử:

+ Những cơ sở thực tế của hiện tượng đã được nghiên cứu là các vấn đề của

hệ mặt trời (cấu trúc của hệ mặt trời, các định luật về sự chuyển động trong trườnglực xuyên tâm) ,

+ Những cơ sở thực tế mới: kết qua thu được trong việc nghiên cứu sự tán xạcác tia α trên lá vàng, khái niệm về điện tử, hiện tượng phóng xạ ,

+ Những yếu tố tương đồng là: sự giống nhau về hình thức của lực vạn vậthất dẫn và lực Coulomb ( tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách, lực xuyêntâm ), sự chênh lệch về kích thước và khối lượng giữa các hành tinh và mặt trơicũng như giữa các điện tử và hạt nhân ,

+ Giả thuyết mới là mô hình về cấu trúc nguyên tử ,

+ Những khái niệm mới được xây dựng là: cấu trúc nguyên tử, hạt nhânnguyên tử

1.4.3 Những hạn chế của phương pháp tương tự

Phương pháp tương tự không phải bao giờ cũng mang lại hiệu quả tích cực

Sự tương tự không phải là sự đồng nhất mà là giống nhau trong sự khác nhau(giống nhau ở một mức độ nhất định, trong phạm vi nhất định ) Ra khỏi phạm vi

đó đối tượng nghiên cứu và đối tượng đối chiếu khác nhau Nếu lạm dụng PPTT dễdẫn đến suy nghĩ theo lối mòn, kìm hãm các tư tưởng sáng tạo Mô hình ête chỉ ápdụng được như một giàn giáo để xây dựng thuyết về điện từ trường chứ khôngphải là thực thể vật lý

1.5 PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ

1.5.1 Sự cần thiết của việc sử dụng phương pháp tương tự trong dạy học vật lý

- Quá trình hướng dẫn học sinh giải quyết các vấn đề học tập phỏng theonhững cách mà các nhà khoa học đã sử dụng vì vậy đòi hỏi phải cho học sinh làm

quen với phương pháp tương tự, một phương pháp được sử dụng rộng rãi trongnghiên cứu vật lý

- Trong quá trình học sinh sử dụng phương pháp tương tự để giải quyết cácvấn đề học tập, học sinh rèn luyện một loạt thao tác tư duy, được phát triển niềmtin vào mối quan hệ có tính khái quát, có tính quy luật của các sự vật, hiện tượng tựnhiên đa dạng và phong phú

- Việc sử dụng phương pháp tương tự còn làm học sinh dễ hình dung cáchiện tượng , quá trình vật lý không thể quan sát được

- Sử dụng PPTT xuất phát từ những kiến thức đã biết nhờ sự tương tự suy rakiến thức mới như thế học sinh vừa khắc sâu được kiến thức cũ đã học vừa tiếp thuđược kiến thưc mới không ngỡ ngàng lạ lẫm

- Điều kiện dạy học ở trường phổ thông (thời gian, tình trạng, thiết bị) nhiềukhi chỉ cho phép đề cập sâu một đối tượng (vật đại diện) rồi sử dụng SLTT rút racác kết luận cho đối tượng khác tương tự với nó

Đó là những lý do mà sự tương tự và phương pháp tương tự được sử dụngnhiều trong dạy học vật lý ở trường phổ thông

1.5.2 Các khả năng sử dụng sự tương tự và phương pháp tương tự trong dạy học vật lý

* Có thể sử dụng sự tương tự và phương pháp tương tự ở các giai đoạn khácnhau của quá trình dạy học nhưng có giá trị hơn cả là việc sử dụng phương pháptương tự để xây dựng kiến thức mới, ngay cả những trường hợp mà điều kiện thiết

bị thí nghiệm ở trường phổ thông chưa cho phép kiểm tra các giả thuyết rút ra từSLTT

Ví dụ:

- Xây dựng các phương trình của chuyển động quay của vật rắn quanh trục

cố định nhờ vào sự tương tự với các phương trình của chuyển động thẳng ,

- Xây dựng khái niệm mô men động lượng, động năng của vật rắn quayquanh trục cố định từ các khái niệm động lượng, động năng của chuyển động thẳng

* Trong dạy học vật lý người ta cũng thường sử dụng sự tương tự để minhhọa cho học sinh dễ hình dung các hiệ tượng quá trình vật lý không thể trực tiếpquan sát được

* Có thể sử dụng PPTT để hệ thống hóa kiến thức, so sánh kiến thức mà họcsinh đã học ở nhiều phần khác nhau của sách giáo khoa

Ví dụ:

- Hệ thống hóa kiến thức của động học, động lực học chuyển động thẳng vớiđộng lực học vật rắn thông qua phương pháp tương tự ,

- Hệ thống hóa kiến thức về dao động điện từ và dao động cơ ,

- Hệ thống hóa các kiến thức về các loại sóng (sóng cơ học, sóng điện từ)dựa trên sự tương tự của chúng mà nêu bật được những đặc điểm cơ bản và chungcủa sóng

* Sử dụng phương pháp tương tự để giải bài tập

Ví dụ:

- Thông qua việc giải các bài tập phần động lực học chất điểm rút ra một sốnguyên tắc chung, các bước giải bài tập của phần động lực học chất điểm, cácnguyên tắc đó, các bước giải đó có thể vận dụng trong việc giải bài tập phần độnglực học vật rắn

1.5.3 Một số yêu cầu khi sử dụng sự tương tự và phương pháp tương tự

Phương pháp tương tự sử dụng trong dạy học vật lý nhìn chung cũng có cácgiai đoạn cơ bản như đã nêu ở trên Việc thực hiện các giai đoạn của phương pháptương tự nhiều khi kéo dài trong một số bài học Yêu cầu cao nhất đối với việc sửdụng phương pháp tương tự trong dạy học là: học sinh phải tự lực cao ở mức có thểđược trong tất cả các giai đoạn của phương pháp tương tự, ngay cả ở giai đoạn lựachọn đối tượng đã biết làm đối tượng so sánh với đối tượng đang nghiên cứu.

- Việc đề cập sự tương tự không phải lúc nào cũng diễn ra như trong lịch sửphát triển của vật lý: việc lựa chọn đối tượng so sánh, mức độ nông sâu của sựtương tự được đề cập trong dạy học phụ thuộc không những cấu trúc và nội dungcủa chương trình học tập mà còn phụ thuộc vào đặc điểm lứa tuổi của học sinh.Mặc dù vậy đối tượng đem so sánh phải có ý nghĩa

- Điều kiện cơ bản cho việc sử dụng phương pháp tương tự đạt kết quả làhọc sinh phải có vốn hiểu biết về đối tượng đem so sánh từ những bài học trước, từkinh nghiệm sống hoặc các đối tượng đem so sánh dễ hình dung đối với học sinhtuy mới tiếp xúc lần đầu

- Khi sử dụng sự tương tự: phải làm sáng tỏ phạm vi của sự tương tự, pháthiện không những các dấu hiệu giống nhau mà còn cả những dấu hiệu khác nhau,đặc biệt là dấu hiệu khác nhau cơ bản để phân biệt chúng với nhau Nhờ vậy, việc

sử dụng sự tương tự sẽ giúp hiểu sâu hơn các đối tượng đem so sánh và tránh đượcviệc rút ra các kết luận sai lầm

Ví dụ:

Khi sử dụng sự tương tự giữa chuyển động thẳng của vật và chuyển độngquay của vật rắn quanh trục cố định bên cạnh việc nêu những sự giống nhau đặctrưng, quy luật biến đổi theo thời gian của các đại lượng tương ứng, cần chỉ rarằng: trong chuyển động thẳng mô men của các lực tác dụng lên vật làm vật quaytheo trục quay bất kỳ nào cũng bằng không Trong chuyển động thẳng phương của

véc tơ vận tốc trùng phương của quỹ đạo Trong chuyển động quay véc tơ vận tốc

có phương tiếp tuyến với quỹ đạo

- Phải lưu ý cho học sinh: những kết luận rút ra bằng SLTT chỉ có tính chấtgiả thuyết phải kiểm tra bản thân đối tượng đang nghiên cứu thông qua thựcnghiệm

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương này chúng tôi đã làm rõ khái niệm về sự tương tự, suy luậntương tự, phương pháp tương tự , các giai đoạn cơ bản của phương pháp tương tự,trình bày rõ những nguyên tắc của phương pháp tương tự và khả năng vận dụngphương pháp tương tự trong nghiên cứu vật lý và vận dụng vào dạy học vật lý

Trong thực tế giảng dạy vật lý lớp 12 THPT tôi thấy phần “ Động lực họcvật rắn ” là một phần mới chỉ có CT nâng cao mới có là phần sử dụng nhiều đếnkiến thức cũ đã học như động học chất điểm, động lực học chất điểm Việc vậndụng phương pháp tương tự vừa xâu chuỗi được kiến thức cũ và kiến thức mới vừagiúp học sinh nhận thức vấn đề mới sâu sắc và vững chắc hơn, ngoài ra nó còngiúp học sinh củng cố kiến thức cũ đã học Hơn nữa phương pháp tương tự là mộtphương pháp nhận thức của tư duy sáng tạo, đây là một phương pháp nhận thứcquan trọng của vật lý học hiện đại Vì vậy tôi nghĩ rằng cần phải vận dụng phươngpháp này và dạy học nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức và nâng cao năng lựcvận dụng kiến thức đồng thời bước đàu hiểu được phương pháp tương tự trong vật

lý học Đó cũng là lý do căn bản để tôi chọn đề tài này

CHƯƠNG 2: VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ VÀO DẠY HỌC

PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN

2.1 Những vấn đề chung khi dạy học chương “Động lực học vật rắn”

2.1.1 Thực trạng và những khó khăn khi dạy học của giáo viên và việc tiếp thu kiến thức mới của học sinh trong chương “ Động lực học vật rắn ”

- “ Động lực học vật rắn ” là phần kiến thức mới của sách nâng cao lớp 12.Phần này SGK chương trình chuẩn không có, sách CCGD cũ không có, lại là phầnkiến thức đầu tiên của chương trình lớp 12 nâng cao vì vậy việc tiếp thu kiến thứcmới của học sinh bị hạn chế và gặp nhiều khó khăn

- Học sinh đang quen với phần động lực học chất điểm hay vật rắn có vai trònhư chất điểm, kích thước của vật không ảnh hưởng đến chuyển động của vật Lựctác dụng vào vật chỉ cần quan tâm đến độ lớn và hướng mà không cần quan tâmđến điểm đặt

- Là phần đầu tiên mà kiến thức đạo hàm được áp dụng vào vật lý các kháiniệm về vận tốc tức thời gia tốc tức thời được chính xác hóa và nâng cao bằngngôn ngữ toán học vì vậy học sinh phải nắm chắc khái niệm đạo hàm trong toánhọc

- Phần kiến thức liên quan chặt chẽ với động lực học chất điểm: các kháiniệm về vận tốc, gia tốc, lực, khối lượng , mô mem lực, động lượng, động năng lạiđược sử dụng nhiều trong chương và có sự tương tự với các khái niệm như tốc độgóc, gia tốc góc, mô men quán tính, mô men động lượng của phần động lực họcvật rắn vì vậy học sinh phải nhớ và hiểu sâu phần động học, động lực học chấtđiểm

- Phép tính tổng được đưa vào để xây dựng khái niệm “ Mô men quán tính”

và “ Động năng của vật rắn quay quanh trục cố định” cùng với việc phân chia vật

rắn thành những vật rất nhỏ có thể coi là chất điểm đây là việc làm không dễ đốivới học sinh

- Giáo viên xây dựng kiến thức mới cần phải sử dụng các phương pháp thíchhợp trong lúc đồ dùng dạy học hạn chế, để cho học sinh hiểu bài và nắm chắc đượckiến thức đó là vấn đề không dễ đối với giáo viên

2.1.2 Những điều cần lưu ý khi dạy chương động lực học vật rắn

* Nắm vững kiến thức về đạo hàm

- Định nghĩa đạo hàm: Giới hạn hữu hạn ( nếu có) của tỉ số

0

0 ) ( ) (

x x

x f x f

lim )

(

00 x x

x f x f x

f x x





 Trong định nghĩa trên, nếu đặt xx x0 và yf(x0  x)  f(x0) thì ta có

x

y x

x f x x f x

* Nắm vững các phép lấy tổng và lấy vi phân

* Về mục tiêu dạy học của chương:

“ - Nêu được vật rắn và chuyển động tịnh tiến của vật rắn là gì,

- Nêu được cách xác định vị trí của vật rắn trong chuyển động quay quanh mộttrục cố định,

- Viết được biểu thức gia tốc góc và nêu được đơn vị đo gia tốc góc,

- Hiểu được khái niệm mô men quán tính là gì,

- Viết được phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cốđịnh để giải các bài tập đơn giản khi biết mô men quán tính của vật,

- Hiểu được khái niệm mô men động lượng của một vật rắn đối với một trục

và viết được công thức tính mô men này,

- Phát biểu được định luật bảo toàn mô men động lượng của vật rắn và viếtđược hệ thức của định luật này Vận dụng được định luật bảo toàn mô menđộng lượng của một vật rắn đối với một trục,

- Viết được công thức tính động năng của vật rắn quay quanh trục cố định vàgiải được một số bài tập đơn giản tương ứng” [Vật lý 12 NC,SGV;19]

2.1.3 Những điều cần lưu ý với bài “Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định”

“- Trong thực tế khi quan sát các vật rắn quay ( chẳng hạn cánh cửa quay quanhbản lề, chuyển động của con quay, đu quay ) ta thường quan tâm chủ yếu đến sựnhanh, chậm, góc quay, thời gian quay của vật Vì vậy để đơn giản và vừa sứcvới việc nhận thức của học sinh trong bài học này ta không đề cập đến tính chấtvéc tơ của vận tốc góc, gia tốc góc các khái niệm góc quay, tốc độ góc, tốc độ dài

và đơn vị đo chúng , HS đã được biết đến từ lớp 10 Tuy nhiên cần làm cho họcsinh hiểu rõ ý nghĩa của gia tốc góc trung bình , gia tốc góc tức thời GV chỉ cầngiới thiệu sơ lược với HS gia tốc góc tức thời có thể tính bằng đạo hàm bậc mộtcủa tốc độ góc nhưng cần nhấn mạnh gia tốc tức thời ( gọi tắt là gia tốc góc) củavật rắn quay quanh trục cố định là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên của tốc độgóc ở một thời điểm đã cho

- Trong SGK chỉ giới hạn sự quay theo một chiều tức là   0 ,   0 nhưng 

có thể dương hoặc âm.Vì   0 ,nên nếu  tăng thì   0 :vật rắn quay nhanh dần ;nếu giảm thì   0: vật rắn quay chậm dần”.[SGV VL12 NC; 20-21]

“ - Trong phạm vi chương trình phổ thông chúng ta chỉ xét hai dạng chuyểnđộng quay quan trọng đó là chuyển động quay với tốc độ góc không đổi va chuyểnđộng quay với gia tốc góc không đổi ”[SGV VL 12 NC;22]

2.1.4 Những điều cần lưu ý với bài “ Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định”

- Ở lớp 10 học sinh đã biết mô men của lực F với một trục quay cố định có độ

lớn bằng: M=Fd, trong đó d là cánh tay đòn của lực ( khoảng cách từ trục quay đến

giá của lực) Đơn vị của mômen lực là Nm

Ở đây ta chọn chiều quay của vật làm chiều dương và quy ước mô men lực cógiá trị dương nếu nó có tác dụng làm vật quay theo chiều đã chọn, có giá trị âm nếu

nó có tác dụng làm vật quay theo chiều ngược lại

- Để giúp học sinh tiếp cận với khái niệm “ Mô men quán tính” , có thể dựa vào

sự tương quan giữa khối lượng m trong phương trình F=ma với đại lượng m i r i2

trong phương trình: M (m i r2i ) Sau đó GV hướng dẫn HS rút ra kết luận: mô

men quán tính I đối với một trục là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật rắn trong chuyển động quay quanh trục ấy.

- SGK chỉ nêu công thức tính mô men quán tính của một số vật rắn đồng chất đốivới trục đối xứng của nó mà không yêu cầu chứng minh tuy nhiên trong quá trìnhdạy học, GV nhấn mạnh, khi nói đến mô men quán tính phải nói rõ mô men quántính đối với trục quay nào

- Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục là kiến thức trọngtâm của chương 1 Do đó cần làm cho học sinh nắm được ý nghĩa của phương trình

động lực học trong chuyển động quay M=I và biết cách vận dụng phương trình

này để giải các bài toán cơ bản về chuyển động quay của vật rắn [5]

2.1.5 Những điều cần lưu ý với bài “ Mô men động lượng, định luật bảo toàn

mô men động lượng”

- Mô men động lượng L của vật rắn là tổng các véc tơ mô men động lượng

Véc tơ L cùng chiều với vec tơ .

Lấy đạo hàm theo thời gian của L  I, ta được:  





I dt

d I dt

L d

- Đối với học sinh khá, GV có thể phân tích thêm ba trường hợp riêng của địnhluật bảo toàn mô men động lượng như sau:

- Trường hợp 3 : M  0  L 0 hay I11 I22  0

Khi đó, nếu một bộ phận của hệ quay theo một chiều thì thì bộ phận còn lại của

hệ quay theo chiều ngược lại Ví dụ : ghế Giu-cốp-xki, máy bay trực thăng có hai

định lý động năng áp dụng cho động năng quay: “ Độ biến thiên động năng của

vật rắn quay (quanh một trục)bằng tổng công các ngoại lực tác dụng lên vật ” để

cung cấp thêm kiến thức cho học sinh, biết thêm cách giải bài toán về chuyển độngquay của vật rắn bằng phương pháp năng lượng

- Để minh họa ta xét trường hợp đơn giản: vật chịu tác dụng của một lực F có

độ lớn không đổi và luôn tiếp tuyến với quỹ đạo của chuyển động, khi đó công củangoại lực là: AFS FR Mô men lực M = FR

Áp dụng phương trình động lực học của vật rắn quay quanh trục cố định tacó:

- Ở cuối bài học GV cần cho HS tìm hiểu ứng dụng của động năng quay trong

kỹ thuật: người ta dùng bánh đà để tích trữ và cung cấp động năng quay Bánh đà

là một bánh xe bằng thép có mô men quán tính đối với trục khá lớn, nếu nó quayvới tốc độ góc lớn thì dự trữ được động năng rất lớn Chẳng hạn như động cơ đốttrong 4 kỳ thì chỉ có một kỳ sinh công nhưng vẫn chạy đều là nhờ ghép trục khuỷuvới một bánh đà Trong kỳ sinh công, công này làm tăng động năng của bánh đà.Trong 3 chu kỳ kia, bánh đà cung cấp động năng quay nó đã dự trữ cho trục khuỷu

để giúp pít tông vượt qua điểm chết và động cơ chạy êm.[5]

2.2 Phân tích sự tương tự giữa động học chất điểm, động lực học chất điểm

* Tọa độ và vị trí của vật

- Để xác định vị trí của chất điểm cần có

một hệ quy chiếu bao gồm hệ tọa độ và

gốc thời gian

- Hệ trục tọa độ trong chuyển động thẳng

thường là 1 trục 0x với gốc O gắn với vật

- Khi vật chuyển động cùng chiều với trục

thì v>0, chuyển động ngược chiều với trục

thì v<0

* Chuyển động thẳng đều

- Quỹ đạo chuyển động là thẳng, vật đi

được những quãng đường bằng nhau sau

những khoảng thời gian bằng nhau bất kỳ

- Tọa độ trong chuyển động quay là tọa độ góc

- Vị trí của vật tại mỗi thời điểm đượcxác định bằng góc quay  giữa một

mặt phẳng động P gắn với vật và một mặt phẳng cố định P 0 ( hai mặt phẳng

này đều chứa trục quay) góc  gọi làtọa độ góc của vật

- Khi vật quay theo chiều dương thì

>0, khi vật quay ngược chiều dương thì <0

* Chuyển động quay đều

- Vật quay được những góc bằng nhau sau những khoảng thời gian bằng nhau

- Quãng đường đi được:

S x x0 vt

*Chuyển động thẳng biến đổi đều

- Là chuyển động thẳng biến đổi trong đó

vận tốc biến thiên những lượng bằng nhau

sau những khoảng thời gian bằng nhau

(gia tốc không đổi)

* Chuyển động quay biến đổi đều

- Là chuyển động quay trong đó tốc

độ góc biến thiên những lượng bằng nhau sau những khoảng thời gian bằng nhau

( gia tốc góc không đổi )

2 0

Chuyển động thẳng Chuyển động quay

- Quỹ đạo chuyển động là thẳng

- Véc tơ vận tốc có phương không đổi

- Gia tốc chỉ đặc trưng cho sự biến đổi

vận tốc về độ lớn

- Quỹ đạo chuyển động là tròn

- Véc tơ vận tốc có phương tiếp tuyến với quỹ đạo và có phương chiều luôn luôn thay đổi

- Gia tốc đặc trưng cho sự biến đổi vận tốc về độ lớn ( gia tốc tiếp tuyến ) và phương chiều ( gia tốc pháp tuyến )

2.2.2 Sự tương tự giữa động lực học chất điểm và động lực học vật rắn

- Sự tương ứng giữa các đại lượng vật lý

- Mô men quán tính I ( kg.m2 )

- Mô men động lượng L = I (kg.m2/s)

Fm a hay F d dt p





 (Lực bằng tích của khối lượng của vật

và gia tốc mà vật thu được dưới tác

dụng của lực đó hay lực bằng độ biến

thiên xung lượng trong một đơn vị thời

2 1 2(Độ biến thiên động năng của vật bằng

tổng công của các ngoại lực tác dụng lên

vật)

M  I hay M  dL dt

(Mô men lực bằng tích của mô men quán tính với gia tốc góc mà vật thu được dưới tác dụng của mô men lực đó ,hay mô men lực bằng độ biến thiên mô men xung lượng trong một đơn vị thời gian)

- Định luật bảo toàn mô men động lượng:

I1  1 I2  2 hay L i  hằng số

(Nếu tổng các mô men lực tác dụng lên một vật rắn hay hệ vật rắn đối với một trục bằng 0 thì tổng mô men động lượngcủa vật rắn hay hệ vật đối với trục đó được bảo toàn)

- Định lý động năng

A I

I

w đ   



2 2

2 1

- Sự tương ứng giữa phương pháp động lực học chất điểm và phương pháp động lực học vật rắn

PP Động lực học chất điểm PP Động lực học vật rắn

- Xác định các lực tác dụng vào vật

(không cần chú ý đến điểm đặt) biểu

diễn lên hình vẽ các lực tác dụng vào

vật

- Xác định các lực tác dụng vào vật (kể

cả điểm đặt các lực) biểu diễn lên hình

vẽ các lực tác dụng vào vật

- Viết biểu thức định luật II Niu Tơn

dưới dạng véc tơ

Fhl F1 F2  Fn m a

- Chuyển biểu thức véc tơ thành các

biểu thức vô hướng (chuyển thành các

phương trình đại số)

- Từ các phương trình đại số tìm các đại

lượng liên quan

- Viết biểu thức định luật II Niu Tơn dưới dạng véc tơ (trường hợp vật chỉ tham gia chuyển động tịnh tiến):

Fhl F1F2  Fn m a

- Chuyển biểu thức véc tơ thành các biểu thức vô hướng (chuyển thành các phương trình đại số)

- Viết phương trình động lực học của vậtrắn tham gia chuyển động quay

- Lực tác dụng lên chất điểm ta không

cần quan tâm đến điểm đặt

- Điều kiện cân bằng của chất điểm:

0

- Điểm đặt của lực khác nhau thì kết quảtác dụng của lực khác nhau

- Điều kiện cân bằng của vật rắn

(Điều kiện cõn bằng của vật rắn là tổng cỏc ngoại lực tỏc dụng vào vật bằng 0 vàtổng cỏc mụ men lực tỏc dụng vào vật bằng 0)

- Chuyển động của vật rắn cú thể phõn tớch thành 2 chuyển động

+ Chuyển động của khối tõm G, thể hiệnchuyển động của toàn thể vật

+ Chuyển động quay của vật quanh G, thể hiện chuyển động của phần này đối với phần kia

- Động năng của vật rắn chuyển động song phẳng gồm động năng của chuyển động tịnh tiến của khối tõm và động năng quay quanh khối tõm:

2 2

2 2



I Mv

w G

đ  

2.3 Vận dụng phương phỏp tương tự trong bài học xõy dựng kiến thức mới 2.3.1 Bài học: “ Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định ” Giỏo ỏn 1

A í tưởng sư phạm khi dạy bài : Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định

Mục đích của bài học là học sinh phải vận dụng đợc những kiến thức chuyển

động thẳng đã đợc học ở lớp 10 vào chuyển động quay của vật rắn quanh trục cố

định là kiến thức mới đối với học sinh

Trớc hết GV phải cho HS nhớ lại, nhắc lại các kiến thức của chuyển độngthẳng đó là tập hợp các dấu hiệu về đối tợng đã biết, sau đó đặt vấn đề về đối t-ợng cần nghiên cứu đó là chuyển động quay của vật rắn quanh trục cố định Tiến hành phân tích các dấu hiệu giống nhau và khác nhau giữa chúng Truyềncác tính chất của đối tợng đã biết cho đối tợng cần nghiên cứu

Đối tợng đã biết Đối tợng cần nghiên cứu

Đạo hàm; vận tốc, gia tốc trung bình,

tức thời trong chuyển động thẳng

Tốc độ góc, gia tốc góc trong chuyển

động quayCác phơng trình chuyển động thẳng đều,

chuyển động thẳng biến đổi đều, chuyển

- Hiểu đợc sự khác nhau giữa chuyển động quay với chuyển động tịnh tiến,

đồng thời khảo sát chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định về phơngdiện động lực học với nội dung là: xác định quy luật chuyển động của vật và tìm ramối liên hệ giữa các đại lợng đặc trng cho chuyển động quay

- các công thức liên hệ giữa tốc độ góc và tốc độ dài, gia tốc góc và gia tốc dàicủa một điểm trên vật rắn

 Kỹ năng

- Từ các công thức chuyển động thẳng biến đổi đều, xây dựng công thức chuyển

động tròn biến đổi đều

- Áp dụng giải các bài tập đơn giản

C Chuẩn bị

1 Giáo viên

- Các kiến thức về tọa độ, tọa độ góc

- Một số hình vẽ minh hoạ chuyển động quay của vật rắn

- Những điều lu ý trong SGV

2 Học sinh

- Đủ SGK và vở ghi chép