SKKN Kỹ thuật phát triển và dạy học bài tập Vật lí trong bồi dưỡng học sinh giỏi

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT HUỲNH THÚC KHÁNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM KỸ THUẬT PHÁT TRIỂN VÀ DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÍ TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MƠN: VẬT LÍ Nhóm tác giả: Lê Hữu Hiếu Nguyễn Văn Thọ Tổ chuyên môn: Khoa học Tự nhiên Điện thoại: 082.6636.888 TP Vinh, tháng 3/2021 PHẦN MỤC LỤC ĐẶT A: VẤN ĐỀ PHẦN B: NỘI DUNG…………………………………………………… I Cơ sở lý thuyết …………………………… …… …………….…… ………………………………………………… Thực trạng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi trung học phổ thông địa bàn Tỉnh Nghệ An ………………………………….………………… 1.1 Tầm quan trọng bồi dưỡng học sinh giỏi ……………………… 1.2 Thực trạng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi………………………… Vai trò tập bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí ………………… Một số nguyên tắc sáng tạo thường vận dụng việc phát triển tập bồi dưỡng HSG Vật lí ……………………….…………………… II Giải pháp ………… …………………….……………… ………… Mối quan hệ phát triển tập với phát triển lực giải vấn đề, lực sáng tạo …………………………………………………… Kỹ thuật phát triển tập vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi …………… 2.1 Kỹ thuật (KT1): Phát triển tập Vật lí với số liệu cụ thể thành tập khơng có số liệu cụ thể ……………………………………………… 2.2 Kỹ thuật (KT2): Phát triển tập Vật lí cách thay đổi kiện tập …………………………………………………………………… 2.3 Kỹ thuật (KT3): Phát triển tập vật lí theo hướng tượng vật lí tăng dần “từ đơn giản đến phức tạp, từ dễ đến khó” …………………… 2.4 Kỹ thuật (KT4): Kỹ thuật tạo “nút thắt” tập vật lí ……… Phương pháp dạy học tập vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi …… 3.1 Chiến lược chung dạy học tập vật lí nhằm phát triển phẩm chất lực HS ……………………………………………………… 3.2 Vận dụng phương pháp chung dạy học tập vật lí bồi dưỡng HSG III Phát triển hệ thống tập phần “động lực học” nhằm phát ……………………………………………………………………… bồi dưỡng học sinh giỏi ……………………………………………… Phát triển tập kỹ thuật “Phát triển tập Vật lí với số liệu cụ thể thành tập khơng có số liệu cụ thể” ………………………………… Phát triển tập kỹ thuật “Phát triển tập Vật lí cách thay đổi kiện tập” 23 ……………………………………………………… Phát triển tập vật lí theo hướng tượng vật lí tăng dần “từ đơn giản đến phức tạp, từ dễ đến khó” 28 Phát triển tập bằng: Kỹ thuật tạo “nút thắt” tập vật lí 37 ………………………………………… …… PHẦN C: KẾT LUẬN 44 phạm 44 ………………… 45 luận 45 ƠN 48 …………………………………………………… I Thực nghiệm sư ………………………………………………… II Đóng góp đề tài ……………………………… III Kết ……………………………………………………………… LỜI CẢM …………………………………………………………… DANH MỤC VIẾT TẮT Từ viết tắt GV HS HSG KN NL CH KT HD BTVL BTPT SGK THCS THPT KHKT TTNNĐ Nghĩa tiếng Việt Giáo viên Học sinh Học sinh giỏi Kỹ Năng lực Câu hỏi Kỹ thuật Hướng dẫn Bài tập Vật lí Bài tập phát triển Sách giáo khoa Trung học sở Trung học phổ thông Khoa học kĩ thuật Thanh thiếu niên nhi đồng PHẦN A: ĐẶT VẤN ĐỀ Mục tiêu giáo dục đào tạo “đào tạo người Việt Nam phát triển toàn diện, có đạo đức, tri thức, sức khỏe, thẩm mỹ nghề nghiệp, trung thành với lý tưởng độc lập dân tộc chủ nghĩa xã hội; hình thành bồi dưỡng nhân cách, phẩm chất lực công dân; phát huy tốt tiềm năng, khả sáng tạo cá nhân đáp ứng yêu cầu nghiệp xây dựng, bảo vệ Tổ quốc yêu cầu hội nhập quốc tế” Nghị hội nghị Trung ương khóa XI đổi bản, tồn diện giáo dục đào tạo nhấn mạnh “Đối với giáo dục phổ thơng tập trung phát triển trí tuệ, thể chất, hình thành phẩm chất, lực cơng dân, phát bồi dưỡng khiếu, định hướng nghề nghiệp cho học sinh” Trong phát triển nhanh, mạnh cách mạng công nghệ 4.0, để hội nhập phát triển kinh tế - văn hóa xã hội Quốc gia cần có nguồn nhân lực chất lượng cao: có trình độ khoa học kỹ thuật, có kỷ luật lao động, thích ứng hội nhập tốt với bên ngồi để “đi tắt đón đầu” Để đáp ứng yêu cầu nguồn nhân lực chất lượng cao khơng thể bỏ qua vai trị giáo dục phổ thông, đặc biệt công tác phát triển bồi dưỡng HSG bậc phổ thơng có ý nghĩa định Hiện nay, việc bồi dưỡng HSG cấp nhiệm vụ trị nhà trường bên cạnh nhiệm vụ giáo dục toàn diện Hiệu công tác phát bồi dưỡng HSG Vật lí phụ thuộc vào khả chun mơn, tâm huyết giáo viên nguồn học liệu Trong cơng tác phát bồi dưỡng HSG Vật lí tập Vật lí có vị trí vơ quan trọng Nếu phụ thuộc vào nguồn tài liệu có sẵn bị hạn chế tính hệ thống, tính khoa học, tính chủ động hạn chế sáng tạo GV dạy học HS phát triển lực tư Vật lí Vì thế, lực phát triển tập bồi dưỡng HSG Vật lí GV yếu tố định đến chất lượng đào tạo bồi dưỡng HSG Vật lí Phần Động lực học chương trình Vật lí 10 THPT có nội dung kiến thức đa dạng, trừu tượng nên việc chiếm lĩnh phát triển tri thức HS gặp nhiều khó khăn Đây phần có nội dung trang bị kiến thức sở ban đầu tảng cho việc tiếp thu chủ đề khác phần “tĩnh học, bảo toàn, điện động lực học, từ trường cảm ứng điện từ, dao động cơ, sóng …” Đây phần giúp GV phát sớm HS có khiếu Vật lí Nội dung kiến thức phần xuất phát điểm để hình thành lực phẩm chất cho người lao động có kỹ thuật tương lai Ngoài ra, nội dung phần động lực học quy luật vận động giới tự nhiên nên có tác dụng lớn việc hình thành giới quan cho HS Trong dạy học bồi dưỡng HSG Vật lí lớp 10, tập phần Động lực học có tác dụng lớn việc hình thành lực phân tích tượng, lực giải vấn đề kỹ Vật lí khác Vì vậy, chương trình Vật lí bậc THPT phần có vị trí đặc biệt việc phát bồi dưỡng HSG Vật lí Từ lí từ kinh nghiệm thực tế bồi dưỡng HSG thân, phạm vi đề tài đề xuất giải pháp: “Kỹ thuật phát triển dạy học tập Vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi” PHẦN B: NỘI DUNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thực trạng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi trung học phổ thông địa bàn Tỉnh Nghệ An 1.1 Tầm quan trọng bồi dưỡng học sinh giỏi “Hiền tài nguyên khí Quốc gia”, Quốc gia muốn phồn thịnh phải coi trọng việc phát bồi dưỡng nhân tài Điều khẳng định Nghị đại hội Đảng khóa VIII “giáo dục đào tạo Quốc sách hàng đầu” Trong hệ thống giáo dục Đất nước giáo dục bậc phổ thông “những viên gạch” đặt móng cho q trình đào tạo nhân lực bồi dưỡng nhân tài Vì vậy, phát bồi dưỡng HSG công tác vô quan trọng giai đoạn đầu lộ trình phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao cho Đất nước nhằm đáp ứng yêu cầu hội nhập phát triển 1.2 Thực trạng công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Công tác bồi dưỡng HSG nhiệm vụ trọng tâm kế hoạch giáo dục năm trường phổ thông Khi xây dựng phát triển chương trình dạy học nhà trường, lãnh đạo nhà trường lên kế hoạch kịp thời, chi tiết dành ưu tiên thời gian, nhân lực vật lực cho công tác bồi dưỡng HSG Trên sở kế hoạch nhà trường, tổ chuyên môn phân công GV có lực chun mơn, kinh nghiệm giảng dạy phụ trách trực tiếp đội tuyển HSG Thời gian bồi dưỡng HSG kế hoạch nhà trường khoảng từ đến hai tháng sau thành lập đội tuyển tham gia kì thi HSG cấp Tỉnh GV lên kế hoạch, soạn nội dung, chương trình bồi dưỡng phối hợp GV khác tham gia bồi dưỡng Thực tế, công tác bồi dưỡng HSG muốn đạt hiệu cao việc phát sớm HS có lực tư Vật lí từ lớp 10 vô quan trọng Nghĩa là, việc bồi dưỡng HSG trình kéo dài từ việc phát (từ lớp bậc THCS đến lớp đầu cấp bậc THPT), tuyển chọn bồi dưỡng đến việc tổ chức cho HS tham gia kỳ thi HSG cấp Kết thi HSG cấp để đánh giá trình bồi dưỡng HSG, hiệu thực tế trình bồi dưỡng HSG chình sản phẩm q trình giáo dục phổ thơng giáo dục Đại học có đáp ứng yêu cầu nguồn nhân lực chất lượng cao xã hội hay không Trên thực tế, việc bồi dưỡng HSG bậc THPT thường giao cho số GV Trong số GV tham gia bồi dưỡng HSG có số GV trọng việc bồi dưỡng lực tự giải vấn đề, lực sáng tạo, lực tự học tự khám phá nên hiệu công tác bồi dưỡng HSG tốt Nó thể qua kết thi HSG cấp sản phẩm đào tạo sau tốt nghiệp trường Đại học có khả đáp ứng tốt yêu cầu cao phát triển kinh tế xã hội Bên cạnh đó, có khơng GV tham gia bồi dưỡng HSG q coi trọng thành tích mà xem nhẹ việc hình thành, bồi dưỡng phẩm chất lực cho HSG nên họ trọng dạy cung cấp kiến thức thật nhiều, mang tính “dạy tủ”, “ni gà chọi” Kết sản phẩm “ra lò” GV HS giỏi việc giải tập mang tính hàn lâm, mà thiếu hẳn KN tự giải vấn đề, KN hợp tác, lực sáng tạo, lực tự học… Những bất cập GV có nhiều nguyên nhân, có nguyên nhân chủ yếu GV tham gia bồi dưỡng thiếu niềm đam mê, thiếu KN phát triển tập nhằm bồi dưỡng lực giải vấn đề, lực tự học, lực sáng tạo Việc GV dạy bồi dưỡng HSG lệ thuộc vào nguồn học liệu có sẵn tạo “sức ì” cho thân tạo “rập khuôn” cho HS, vấn đề phát sinh chúng khơng có khả tự lực giải vấn đề Để giải vấn đề trên, thiết nghĩ cần phải có định hướng mang tính chiến lược giúp GV có KN tự phát triển tập để bồi dưỡng HSG Vật lí Vai trị tập bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí Bài tập có vai trị quan trọng q trình bồi dưỡng HSG, cụ thể thể phương diện sau đây: - BTVL phương tiện rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn - BTVL phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt việc rèn luyện tư duy, lực giải vấn đề, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho HS - Thông qua giải BTVL hình thành cho HS đức tính tốt tác phong làm việc khoa học: tính tự lực cao, tính kiên trì vượt khó, tính cẩn thận, tính hợp tác, tính khiêm tốn học hỏi, … - BTVL phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức cách sinh động có hiệu Khi giải tập đòi hỏi HS phải vận dụng cơng thức Vật lí, định luật Vật lí, từ giúp học sinh hiểu sâu sắc kiên thức học - BTVL phương tiện để để phát hiện, đánh giá lực HS Như vậy, BTVL phương tiện có vai trị chức để thực mục đích nêu Ta sử dụng BTVL cho giai đoạn q trình dạy học Mục đích đặt giải tập vật lý cho HS hiểu sâu sắc quy luật vật lý, biết phân tích vận dụng chúng vào vấn đề thực tiễn, vào kỹ thuật cuối phát triển lực tư duy, lực giải vấn đề Giải BTVL có giá trị lớn mặt phát triển tính tích cực , tự học HS Qua hoạt động giải tập giáo dục cho HS ý chí, tinh thần vượt khó, rèn luyện phong cách nghiên cứu khoa học, yêu thích mơn học Vật lí Một số ngun tắc sáng tạo thường vận dụng việc phát triển tập bồi dưỡng HSG Vật lí Cơ sở để phát triển tập Vật lí, ta dựa nguyên tắc sáng tạo sách “Sáng tạo đổi mới” giáo sư Phan Dũng Các nguyên tắc thường sử dụng là: - Nguyên tắc phân nhỏ: Đây nguyên tắc sử dụng phổ biến SGK Vật lí Đây nguyên tắc vi phân tích phân - Nguyên tắc tách khỏi: Một tượng Vật lí xảy bao gồm nhiều trình, nên ta tách trình nghiên cứu riêng rẽ, giải vấn đề phần - Nguyên tắc kết hợp: Sau nghiên giải vấn đề riêng lẻ liên kết vấn đề lại tạo q trình thống có tính tổng thể - Ngun tắc đảo ngược: Nguyên tác thường sử dụng để phát triển tập có tính thuận nghịch - Ngun tắc linh động: Thêm bớt thông số tập để tập - Nguyên tắc thay sơ đồ học: Thay đổi kết cấu hệ tập - Nguyên tắc thay đổi thơng số hóa lí đối tượng: Thay đổi giá trị đại lượng Vật lí tập ta phát triển thành tập II GIẢI PHÁP Mối quan hệ phát triển tập với phát triển lực giải vấn đề, lực sáng tạo HS Một kỹ thuật quan trọng dạy học giải vấn đề cần phải tạo tình có vấn đề Đó tình chứa đựng mâu thuẫn vấn đề cần giải kiến thức, kỹ sẵn có HS Nếu sử dụng nguồn tài liệu (sách tham khảo) có sẵn với HS có lực mơn Vật lí khó có khả tạo tình có vấn đề, lời giải có sẵn HS tự đọc, tự học Nếu GV không sáng tạo dạy học loại tập sẵn có khơng thể rèn luyện lực giải vấn đề cho HSG Vật lí Vì vậy, việc phát triển tập để bồi dưỡng HSG có yếu tố định việc hình thành phát triển lực giải vấn đề Khi GV tự phát triển tập sử dụng cho trình bồi dưỡng HSG, mặt tạo tập chứa tình có vấn đề (hoặc tập có tính mới), mặt khác GV có chủ động, linh hoạt kỹ thuật dạy học giải vấn đề để bồi dưỡng HSG Vật lí Đồng thời HS tự giải vấn đề có tác dụng lớn việc phát triển lực tư sáng tạo cho thân Dạy học “bài tập phát triển” cịn có tác dụng to lớn, nhờ hệ thống tập phát triển từ tập giúp HS có hệ thống kiến thức đầy đủ, tồn diện chủ đề Qua đó, hình thành cho HS kỹ “nhìn thấy rừng” – kỹ giúp cho HS chủ động giải vấn đề thực tiễn, đồng thời giúp HS hình thành khả tự học Trong cơng tác bồi dưỡng HSG, HS khơng có khả tự học việc bồi dưỡng GV khơng nhiều thời gian mà hiệu đạt không cao Kỹ thuật phát triển tập Vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi 2.1 Kỹ thuật (KT1): Phát triển tập Vật lí với số liệu cụ thể thành tập khơng có số liệu cụ thể * Kỹ thuật: Các tập vật lí SGK sách tham khảo thường tập có kiện giá trị cụ thể đại lượng Vật lí, đại lượng kiện tập không cho số cụ thể ta tập có tác dụng việc phát triển KN phát triển tư cho HSG * Tác dụng KT1 việc bồi dưỡng HSG: Với số tập sử dụng KT1 từ tập cụ thể có tập mà q trình Vật lí xảy tập có nhiều tình huống, mà dạy tập có tác dụng phát triển nhiều KN cho HS như: KN phát vấn đề, KN phân tích tượng vật lí, KN tự giải vấn đề, KN hợp tác, lực tư sáng tạo đặc biệt KN khái quát hóa vấn đề “nhìn thấy rừng” 2.2 Kỹ thuật (KT2): Phát triển tập Vật lí cách thay đổi kiện tập * Kỹ thuật: Thay đổi kiện tập để tạo nên tập bồi dưỡng học sinh giỏi thay đổi số liệu tập mà thay đổi kiện tập (thay đổi, thêm bớt số thông số đại lượng vật lí) Qua làm thay đổi chất, q trình Vật lí * Tác dụng KT2 việc bồi dưỡng HSG: CH1 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Sau thả hệ chuyển động ? CH2 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Hãy so sánh quãng đường nêm bàn với quãng đường vật nhỏ nêm, từ suy mối liên hệ gia tốc vật với nêm CH3 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Hãy viết phương trình động lực học vật nhỏ theo phương nêm hệ theo phương ngang Nếu ta thêm lực lực tác dụng vào nêm yêu cầu tính gia tốc m Trên sở ta có BTPT sau BTPT3.18: Một nêm có khối lượng M, góc nghiêng α đặt mặt bàn nằm ngang Vật nhỏ khối lượng m đặt nằm mặt nghiêng nêm nối với sợi dây nhẹ, khơng dãn vắt qua B A rịng rọc cố định đỉnh nêm Đầu m lại dây gắn cố định vào tường F điểm A cho đoạn dây AB căng M α ngang hình vẽ bên Bỏ qua ma sát khối lượng ròng rọc Gia tốc trọng trường g Tác dụng vào M lực theo phương ngang có độ lớn F khơng đổi Tính gia tốc vật nhỏ nêm Tình tập: - Khi có thêm lực F tác dụng vào nêm HS thường chia trường hợp để khảo sát, cho rằng: khơng có F nêm trượt sang phải, có F tùy thuộc độ lớn lực F mà nêm trượt sang trái phải Nhận định đúng, nhiên việc giải tập trở nên rắc rối - Ở tình này, GV định hướng để HS biết cách khảo sát chuyển động theo giá trị đại số nhận xét liên hệ gia tốc vật nêm HD giải: Gọi gia tốc vật nhỏ nêm so với đất a1 a2, gia tốc vật nhỏ so với nêm a12 Chọn hệ hệ trục Oxy hình vẽ    - Mối liên hệ gia tốc vật là: a1  a12  a y x O (+) F α N1 N2 m P1 T1 N'1 T2 B T'2 A M P2 35 - Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật nhỏ hệ quy chiếu gắn với đất:       T  N  P1  ma1  m1 (a12  a ) (1) - Chiếu (1) lên hệ trục ý: a12  a2 ; T1  T Ox: T1  m1 g sin   m1 (a2 cos  a2 ) (2) Oy: N1  m1 g cos  m1 (a2 sin   a2 ) (3) - Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật nhỏ hệ quy chiếu gắn với đất:    '   '  F  N  P  N  T  T  ma (4) - Chiếu (4) lên phương ngang với ý N'1 = N1, T’2 = T2 = T, ta được: F  N1 sin   T  T cos   m2 a2 (5) - Từ (2), (3), (5) ta tìm được: a2  F  mg sin  M  2m(1  cos  )    a1  a12  a  a12  a122  a22  2a12 a2 cos Do a12  a nên: a1  2a2 sin  2 F  mg sin   sin M  2m(1  cos  ) CH định hướng: CH1 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Sau thả hệ chuyển động ? CH2 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Hãy nhận xét mối liên hệ gia tốc vật CH3 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Hãy viết phương trình động lực học cho nêm, từ xác định gia tốc nêm CH4 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Dựa vào liên hệ gia tốc vật nêm viết biểu thức xác định gia tốc vật Trong BTPT trên, ta không cố định đầu dây cịn lại mà kéo lực khơng đổi theo phương ngang BTPT sau BTPT3.19: Một nêm có khối lượng M, góc nghiêng α đặt mặt bàn nằm ngang Vật nhỏ khối lượng m đặt nằm mặt nghiêng nêm nối với sợi dây nhẹ, khơng dãn vắt qua rịng rọc F 36 m α M cố định đỉnh nêm Bỏ qua ma sát khối lượng ròng rọc Gia tốc trọng trường g Kéo đầu dây cịn lại lực F khơng đổi theo phương ngang Tính gia tốc nêm Tình tập: - Trong tập HS thường cho vật trượt nêm mà không phát vật nêm chuyển động gia tốc - GV cần định hướng yêu cầu HS nhận xét khả xảy trạng thái chuyển động vủa vật nêm HD giải: * Tính gia tốc nêm - Gọi độ lớn gia tốc m so với M a, gia tốc M so với bàn a0 - Phương trình động lực học M theo phương ngang là: F  N sin   F cos  Ma0 (1) - Phương trình động lực học m theo phương mặt nghiêng nêm: F  mg sin   m(a  a0 cos ) (2) - Phương trình động lực học m theo phương vng góc với mặt nghiêng nêm: N  mg cos  ma0 sin  (3) Thay (3) vào (1) ta được: a0  F (1  cos  )  mg cos  sin  M  m sin  * Để m không trượt M nghĩa a = Từ (2) ta có: F  mg sin   ma0 cos (4) Mặt khác, vật nêm gia tốc là: a0  a0  F thay vào (4), ta được: M m mg sin  M  m(1  cos ) CH định hướng: CH1 (câu hỏi định hướng tìm tìm đường đi): Khi kéo hệ chuyển động có khả xảy ? CH2 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Hãy nhận xét mối quan hệ gia tốc vật nêm trường hợp 37 CH3 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Hãy viết phương trình động lực học vật nêm trường hợp, từ tính gia tốc nêm Phát triển tập bằng: Kỹ thuật tạo “nút thắt” tập vật lí Bài tập xuất phát 1: Một vật có khối lượng m người ta kéo trượt thẳng mặt phẳng ngang thông qua sợi dây nhẹ không dãn Biết dây hợp với phương ngang góc α, hệ số ma sát vật mặt phẳng ngang µ, gia tốc trọng trường g Tính lực căng dây kéo HD giải: - Chọn hệ quy chiếu gắn với đất, chiều dương theo chiều chuyển động vật - Do vật trượt nên áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật theo phương ngang ta được: T cos    ( mg  T sin  ) Suy ra, lực căng dây là: T   mg cos   sin  Đây tập mà đa số HS giải Từ tập ta thấy kéo để vật trượt hướng lực căng thay đổi, độ lớn lực căng dây thay đổi tạo tình tập lạ HS Đồng thời thay đổi hướng độ lớn lực căng dây “ẩn đi” tạo “nút thắt” cho tập Ta có BTPT sau đây: BTPT4.20: Một người lên dốc có góc nghiêng so với phương ngang α Người kéo theo vật nhỏ có khối lượng m sợi dây nhẹ, khơng dãn có chiều dài  cho vật trượt mặt phẳng ngang nhẵn Giả thiết người với tốc độ v0 khơng đổi Tính lực căng dây thời điểm dây song song với dốc α α Tình “có vấn đề” tập: 38 - Tình “có vấn đề” tập việc HS không nhận đặc điểm chuyển động vật hệ quy chiếu gắn với người: chuyển động tròn cách xác định mối liên hệ thành vận tốc - Để gỡ “nút thắt” tình GV cần định hướng, giúp đỡ HS phân tích đặc điểm chuyển động vật hệ quy chiếu gắn với người rõ mối liên hệ thành phần vận tốc - GV cần gợi ý để HS linh hoạt vận dụng định luật II Niu-tơn hai hệ quy chiếu – gắn với người gắn với đất Đây tập có tác dụng phát HS có lực học tập giỏi mơn Vật lí, qua tình có vấn đề giúp HS phát triển lực phân tích tượng Vật lí nhiều góc độ HD giải: N T v0 a v α v P - Xét chuyển động vật thời điểm dây lập góc α so với phương ngang Trong hệ quy chiếu gắn với đất vật chuyển động tịnh tiến Trong hệ quy chiếu gắn với người vật chuyển động trịn bán kính quỹ đạo bằng  Gọi vận tốc xe ttrong hai hệ quy chiếu thời điểm xét v v1 Theo    công thức cộng vận tốc ta có: v  v1  v v1  v0 tan  (1) - Trong hệ quy chiếu gắn với đất Phương trình động lực học vật theo phương thẳng đứng là: T sin   N  mg  (2)  - Trong hệ quy chiếu chuyển động với vận tốc v0 , phương trình động lực mv12 (3) học vật theo phương sợi dây là: T  N sin   mg sin    v02 tan  Từ (1), (2), (3) ta tìm được: T  m  cos  CH định hướng: CH1 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Hãy phân tích chuyển động vật hệ quy chiếu gắn với người hệ quy chiếu gắn với đất CH2 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Phân tích để rõ mối quan hệ thành phần vận tốc vật 39 CH3 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Phân tích để rõ mối liên hệ lực tác dụng vào vật CH4 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Cần vận dụng cơng thức động học, động lực học để nghiên cứu chuyển động vật ? CH5 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Cần tách chuyển động vật thành hai thành phần để xác định vận tốc Bài tập xuất phát 2: Một sợi dây không dãn, khối lượng đơn vị chiều dài dây  , chiều dài dây  Dây đặt mặt bàn nằm ngang có hệ số ma sát µ Kéo dây lực F khơng đổi dọc theo phương sợi dây Tính gia tốc dây HD giải: Áp dụng định luât II Niu-tơn cho dây theo phương ngang ta được: a f   g  Từ tập xuất phát, để tạo “nút thắt” cho sợi dây chuyển động vắt qua đinh nhỏ đóng thẳng đứng, ta tập sau: F,v BTPT4.21: Một sợi dây không dãn, khối lượng α đơn vị chiều dài dây  Dây vắt qua đinh nhỏ đóng thẳng đứng mặt bàn nhẵn nằm ngang Một đầu dây kéo chuyển động thẳng với vận tốc không đổi v, đầu lại luồn qua khe hở nhỏ có ma sát hình vẽ Tìm áp lực dây tác dụng lên đinh Tình tập: - HS không phát phần tử dây chuyển động tới đinh thu gia tốc Đây “nút thắt” tập - Để giúp HS gỡ “nút thắt” này, GV dùng kiến thức phần động động lực học phân tích chuyển động đoạn dây nhỏ qua đinh đổi chiều chuyển động thu gia tốc - Áp dụng định luật II Niu-tơn đoạn dây này, với ý: lực căng dây không đổi F lực ma sát khe hở dây HD giải: - Dây chuyển động nên lực căng dây không đổi suốt dọc dây F = Fms - Lực tác dụng lên đoạn dây nhỏ ∆m: hai lực căng F hợp với góc α, phản lực Q đinh có phương phân giác góc α 40 F v Q Δv F -v - Áp dụng định luật II Niu-tơn cho đoạn dây nhỏ, ta được: F cos   Q  m v   v t t  Q   F   v  cos  2v cos    v cos  t 2 CH định hướng: - CH1 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Đoạn dây đổi hướng chuyển động ? Gia tốc đoạn dây tính nào? - CH2 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Lực gây gia tốc cho đoạn dây lực ? - CH3 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện giải quyết): Tìm liên hệ lực kéo F lực ma sát khe hẹp - CH4 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện giải quyết): Sử dụng cơng thức để tính phản lực Q ? Bài tập xuất phát 3: Cho hệ hình vẽ, đó: vật có khối lượng m, dây nhẹ khơng dãn, khối lượng rịng rọc khơng đáng kể Vật giữ cố định Bỏ qua ma sát Kéo đầu dây A lực F khơng đổi theo phương ngang Tính gia tốc vật HD giải: A F - Chọn hệ quy chiếu gắn với đất, chiều dương theo chiều chuyển động sang trái vật - Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật 1, ta tìm gia tốc vật là: a F m Từ tập trên, để tạo “nút thắt” cho tập ta thả vật cho chuyển động tự thay cho việc tính gia tốc vật tính gia tốc đầu A Ta có tập phát triển sau: 41 BTPT 4.22: Cho hệ hình vẽ, đó: vật có khối lượng M, dây nhẹ không dãn, khối lượng rịng rọc khơng đáng kể Bỏ qua ma sát Kéo đầu dây A lực F không đổi theo phương ngang Tính gia tốc điểm A A F Tình tập: - Đối với HS việc tính gia tốc đầu dây tình thật Việc sử dụng định luật II Niu-tơn điểm kết - Để tìm gia tốc đầu A GV cần phân tích để HS sử dụng liên hệ gia tốc hai vật dựa vào đặc điểm chiều dài dây không đổi HD giải: - Chọn hệ quy chiếu gắn với đất, chiều dương theo chiều chuyển động sang trái vật A x2 O F x1 x x - Gọi tọa độ đầu dây gắn vào vật 1, tọa độ trục ròng rọc, tọa độ điểm A thời điểm t là: x1, x2, x ; bán kính ròng rọc r, chiều dài dây L - Biểu diễn chiều dài dây theo tọa độ vật ( x  x2 )   r  x1  x2  L - Vì chiều dài dây khơng đổi nên ta có: L   x  2x2  x1   a  2a2  a1 (1) - Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật, ta được: F   a1  m (2)  F a   m Từ (1) (2) ta gia tốc điểm A là: a  5F m CH định hướng: CH1 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Làm để xác định gia tốc điểm khơng có khối lượng ? CH2 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Hãy phân tích mối liên hệ tọa độ vật điểm A 42 CH3 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Từ liên hệ tọa độ suy mối liên hệ gia tốc vật gia tốc điểm A CH4 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Hãy vận dụng định luật II Niu-tơn tính gia tốc vật, từ tìm gia tốc điểm A Bài tập xuất phát 4: Cho hệ hình vẽ: dây nhẹ, khơng dãn, khối lượng rịng rọc khơng đáng kể Biết hai vật có khối lượng m1 m2 Bỏ qua ma sát Thả nhẹ cho hệ chuyển động Hãy tính gia tốc vật m1 m1 m2 HD giải: Phương trình động lực học vật: m1 g  2T  m1a1 (1)  m2 g  T  m2 a2 (2) Mặt khác, ta lại có: a2 = 2a1 (3) Từ (1), (2) (3) ta tìm gia tốc vật m1 là: a1  m1  2m2 g m1  4m2 Trong tập xuất phát 4, HS dễ dàng nhận liên hệ lực căng dây đường vật nên tìm mối liên hệ gia tốc vật Để tạo “nút thắt” cho tập ta tìm cách “dấu” mối liên hệ đó, nói cách khác để tìm mối liên hệ theo cách thức thơng thường gặp nhiều khó khăn BTPT4.23: Cho hệ hình vẽ: rịng rọc nhẹ, ròng rọc cố định cấu tạo hai trụ gắn cố định với trục quay nằm ngang có bán kính khác Hai vật có khối lượng m1 m2 Bỏ qua khối lượng dây nối, dây không giãn Bỏ qua ma sát trục ròng rọc lực cản khơng khí Hai đầu sợi dây vắt qua rịng rọc động quấn vào ròng rọc cố định Sợi dây lại đầu treo m2 đầu lại quấn vào trụ lớn ròng rọc cố định Hãy xác định gia tốc m1? (Bản tin giáo dục Nghệ An – Số 7/2020) Tình tập: - Đa số HS giải tập tìm mối liên gia tốc hai vật liên hệ quãng đường với suy liên hệ gia tốc Tuy nhiên, với phương pháp áp dụng cụ thể vào gặp khó khăn sau đây: liên hệ 43 lực căng hai sợi dây, liên hệ gia tốc hai vật phải biến đổi dài dòng phức tạp “Nút thắt” nằm hai điểm - Phương pháp gỡ “nút thắt” sử dụng hai đơn vị kiến thức đơn giản là: áp dụng quy tác mơ men rịng rọc cố định nhẹ để tìm liên hệ lực áp dụng tính chất tổng cơng nội lực khơng để tìm liên hệ gia tốc vật HD giải: Với hệ để tìm liên hệ trực tiếp gia tốc vật không đơn giản Sự sáng tạo việc tìm liên hệ dựa vào tính chất “nội lực khơng sinh cơng” áp dụng quy tắc mo men ròng rọc cố định không khối lượng - Áp dụng quy tắc mo men ròng rọc cố định: F F Rr R  r  f R  f  F (1) 2 2R - Xét hệ gồm hai vật rịng rọc, F f nội lực, theo tính chất tổng đại số cơng nội lực 0, vật dịch chuyển độ dời tương ứng ∆x1 ∆x2 ta có: F x1  f x2  (2) Rr  x1  R x2  Thay (1) vào (2) ta được:  a  R  r a   R (3)  m1a1  m1 g  F  m2 a2  m2 g  f - Áp dụng định luật Newton hai vật ta có:  (4) Thay giá trị f (1) a2 (3) vào (4) ta gia tốc vật m1 là: 2R R  r g   m1 ( R  r )  2m2 R ( R  r ) g a1  m1 ( R  r )2  4m2 R2  2R  m1  m2    Rr  m1  m2 Câu hỏi định hướng: CH1 (câu hỏi định hướng tìm đường đi): Làm để tìm mối liên hệ lực tác dụng lên ròng rọc liên hệ gia tốc vật ? CH2 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Với rịng rọc cố định ròng rọc động, sử dụng quy tắc để tìm liên hệ lực ? CH3 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Dựa vào tính chất cơng tổng nội lực tác dụng lên hệ khơng, tìm mối liên hệ gia tốc hai vật 44 CH4 (câu hỏi định hướng tìm phương tiện): Sử dụng phương pháp động lực học, viết phương trình động lực học vật để xác định gia tốc vật PHẦN C: KẾT LUẬN I Thực nghiệm sư phạm Đề tài: “Kỹ thuật phát triển dạy tập Vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi” nhóm tác giả vận dụng việc phát học sinh có đam mê, khiếu mơn Vật lí, bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi Vật lí trường THPT Huỳnh Thúc Kháng tham gia kì thi từ năm học 2017 2018 đến năm học 2020 - 2021 Bước đầu thu kết tốt sau: Trong công tác tìm kiếm, phát nhân tố có khiếu với mơn Vật lí Với đặc điểm trường THPT đóng địa bàn có hai trường chuyên lớn, hầu hết em có khiếu đam mê thực với mơn Vật Lí học lớp chun, cơng tác tìm kiếm nhân tố chúng tơi gặp khó khăn Tuy nhiên kiên trì, sử dụng nhiều biện pháp có sử dụng “Kỹ thuật phát triển dạy tập Vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi” chúng tơi xây dựng đội tuyển HSG mạnh, nhiệt huyết, đam mê, giàu tính sáng tạo Đội tuyển nòng cốt tham dự thi thi HSG, KHKT dành cho học sinh, sáng tạo TTNNĐ, Olimpic Vật lí Trong cơng tác bồi dưỡng, phát triển lực Vật lí cho đội tuyển học sinh giỏi Sự dụng “Kỹ thuật phát triển dạy tập Vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi” công tác bồi dưỡng phát triển lực Vật Lí cho học sinh đội tuyển trường THPT Huỳnh Thúc Kháng thu trái Các em đội dự tuyển đội tuyển thức học sinh có niềm đam mê với mơn Vật Lí, có lực Vật Lí phát triển rõ rệt Kết thi tốt, 100% học sinh tham gia thi đạt giải thi HSG tỉnh có: 01 giải thủ khoa, 04 giải nhì, 01 giải khuyến khích; thi KHKT có 01 giải nhất, 02 giải nhì; thi sáng tạo TTNNĐ cấp tỉnh có 01 giải nhất; thi Olimpic Vật Lí hội đồng Khoa học Văn hoá Nga Hà nội tổ chức đạt 01 giải Tuy chưa thật hoàn hảo từ kết thực tiễn cho thấy bước đầu đề tài phát huy hiệu II Những đóng góp đề tài * Với giáo viên: - Đề tài có tác dụng giúp GV hình thành phát triển kỹ thuật dạy học “giải vấn đề” dạy học tập BDHSG Vật lí Đề tài cung cấp sơ đồ chiến lược dạy học có tính logic, dễ nhớ, dễ vận dụng dạy học BTVL 45 - Đề tài cung cấp cho GV kỹ thuật xây dựng hệ thống tập cách khoa học đáp ứng yêu cầu bồi dưỡng HSG, thống cho chủ đề học tập GV chủ động việc xây dựng hệ thống tập phát triển lực cho học sinh chủ động thân - Đề tài góp phần giúp GV nâng cao lực tự bồi dưỡng đáp ứng nhu cầu công đổi giáo dục - Đề tài nguồn tài liệu tham khảo cho GV việc phát BDHSG Vật lí - Đề tài xây dựng hệ thống “bài tập phát triển” từ số tập đơn giản phần Động lực học Vật lí 10 THHPT có hiệu cao việc hình thành phát triển phẩm chất, lực HSG Vật lí như: lực giải vấn đề, lực tư sáng tạo, tư logic góp phần hình thành lực nghiên cứu khoa học cho HS * Với học sinh: - Hệ thống tập đề tài có nhiều “tính mới” tạo hứng thú cho HS - Đề tài có tác dụng bồi dưỡng cho HS khả tự học, tự sáng tạo - Đề tài hình thành cho HS phương pháp giải BTVL nói riêng giải vấn đề thực tiễn sống nói chung - Đề tài khởi tác dụng giúp HS có khả phân tích, tổng hợp, khái quát vấn đề - Đề tài nguồn tài liệu có giá trị định cho học sinh tham khảo III Hướng phát triển đề tài Tiếp tục hoàn thiện mở rộng đề tài với chủ đề kiến thức khác chương Vật lí THPT III Kết luận Qua thực tiễn xây dựng, áp dụng đề tài đóng góp nêu trên, giải pháp đáp ứng yêu cầu sau đây: - Đảm bảo tính khoa học: Đề tài vận dụng nguyên lý dạy học tập, nguyên lý sáng tạo, nội dung đề tài đảm bảo tính logic, xác, bố cục hợp lí - Đảm bảo tính sáng tạo: Bằng trải nghiệm thực tế dạy học, từ kinh nghiệm đúc rút qua nhiều năm mạnh dạn sáng tạo “sơ đồ chiến lược dạy học BTVL” xây dựng hệ thống BTPT có nhiều điểm nhằm bồi dưỡng phẩm chất NL cho HS có khiếu mơn Vật lí - Đảm bảo tính thời sự: Đề tài đáp ứng yêu cầu đổi giáo dục, “dạy học trọng phát triển phẩm chất lực người học” Đề tài góp phần đổi phương pháp dạy học đáp ứng yêu cầu thực tiễn Đây đề tài giải đồng thời kĩ thuật xây dựng tập 46 cách thức sử dụng chúng dạy học bồi dưỡng HSG Vật lí, nói cách khác tài liệu cung cấp cho GV “quy trình khép kín” để dạy học phát triển lực cho học sinh - Đảm bảo tính khả thi: Trong dạy học BDHSG Vật lí phạm vi tồn Tỉnh, đề tài áp dụng cách rộng rãi, có hiệu vì: GV dễ sử dụng, dễ phát triển thành nhiều chủ đề, kinh phí thấp Đồng thời, đề tài có tác dụng tốt việc định hướng cho GV Vật lí lực tự học, tự bồi dưỡng Dù cố gắng với tinh thần nghiêm túc, cầu thị hạn chế thời gian cách nhìn chủ quan nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý từ quý đồng nghiệp học sinh để đề tài hoàn thiện 47 LỜI CẢM ƠN! Để hoàn thành đề tài: “Kĩ thuật phát triển tập Vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi” nhóm tác giả nhận giúp đỡ quý báu từ thầy cô giáo đồng nghiệp, em học sinh Chúc xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến BGH, thầy giáo nhóm Vật Lí trường THPT Huỳnh Thúc Kháng, thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An tạo điều kiện thuận lợi góp ý kiến q báu cho chúng tơi hồn thành đề tài Cảm ơn em học sinh, em đội tuyển học sinh giỏi trường THPT Huỳnh Thúc Kháng đóng góp ý kiến tâm huyết, thiết thực Chúng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Nguyễn Văn Hạnh GV trường THPT chuyên Phan Bội Châu tư vấn cho q trình hồn thành đề tài Nhóm tác giả gửi lời cảm ơn đến quý đồng nghiệp, phụ huynh, chun gia góp ý để chúng tơi hồn thành đề tài Vinh, tháng năm 2021 Tác giả Nguyễn Văn Thọ Lê Hữu Hiếu 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa Vật lí 10 THPT, nhà xuất giáo dục Chuẩn kiến thức kĩ Vật lí 10 THPT, nhà xuất giáo dục Bản tin giáo dục Nghệ An – Số 7/2020 Giải tốn Vật lí 10 tập 1, nhà xuất giáo dục Tạp chí Kvant – Nga Bài tập học, nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội 2020 49 ... dành cho học sinh, sáng tạo TTNNĐ, Olimpic Vật lí Trong cơng tác bồi dưỡng, phát triển lực Vật lí cho đội tuyển học sinh giỏi Sự dụng ? ?Kỹ thuật phát triển dạy tập Vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi? ??... cơng thức Vật lí III PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN “ĐỘNG LỰC HỌC” NHẰM PHÁT HIỆN VÀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI Phát triển tập kỹ thuật ? ?Phát triển tập Vật lí với số liệu cụ thể thành tập khơng... phạm Đề tài: ? ?Kỹ thuật phát triển dạy tập Vật lí bồi dưỡng học sinh giỏi? ?? nhóm tác giả vận dụng việc phát học sinh có đam mê, khiếu mơn Vật lí, bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi Vật lí trường THPT