Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập thí nghiệm chương “động lực học vật rắn” vật lí 12 nâng cao với sự hỗ trợ của máy vi tính

Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn

Xây dựng và đề xuất phương án sử dụng hệ thống BTTN

Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi, hiệu quả của phương án.

Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi, hiệu quả của phương án dạy học đã đề xuất

Phương pháp điều tra thực tiễn

Phương pháp thực nghiệm

Phương pháp thống kê toán học

Khái niệm bài tập vật lí

Phân loại bài tập vật lí

Những yêu cầu chung khi sử dụng bài tập vật lí trong dạy học

BTTN vật lí 1. Khái niệm

• Phân loại
• Một số nguyên tắc xây dựng và sử dụng BTTN trong dạy học vật lí 1. Hệ thống BTTN góp phần thực hiện mục tiêu môn học

Song BTTN vật lí có đặc điểm nghiên cứu thực nghiệm về mối liên hệ phụ thuộc nào đó, thì quá trình giải bài toán chính là quỏ trỡnh làm rừ những điều kiện mà trong đú mối liờn hệ phụ thuộc cần nghiờn cứu có thể xảy ra; xác định phương án thí nghiệm cho phép thu thập những thông tin cần thiết cho việc khảo sát về sự liên hệ phụ thuộc đó; nắm vững những dụng cụ đo lường cần sử dụng; lắp ráp các dụng cụ; tiến hành thí nghiệm và ghi lại các kết quả quan sát, đo được; xử lí kết quả và kết luận về sự liên hệ phụ thuộc cần nghiên cứu. Khi xây dựng hệ thống BTTN, GV cần lựa chọn những BTTN đòi hỏi HS phải thực hiện các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa… Các phương pháp suy luận lôgic như suy luận qui nạp, diễn dịch để thực hiện các hành động nhận thức như xác định các đặc tính của sự vật, hiện tượng, tìm nguyên nhân, mối quan hệ… Trong quá trình phân tích nội dung bài toán, HS thực hiện các thao tác tư duy để làm sáng tỏ bản chất vật lí của những hiện tượng được mô tả trong đề.

Sự hỗ trợ của MVT trong dạy BTTN vật lí 1. Các chức năng của MVT trong dạy học vật lí

• Sử dụng MVT để hỗ trợ việc xây dựng và dạy BTTN

Ngoài ra, việc xây dựng hệ thống BTTN phải bám sát các nội dung cơ bản của chương, bài, phần… Số lượng BTTN không chỉ phù hợp với khả năng của HS mà còn phải phù hợp với nội dung cơ bản của từng chương, bài, phần…, thời gian tổ chức các hoạt động học tập và điều kiện cụ thể của từng loại hình trường, lớp, vùng, miền. Giai đoạn đặt vấn đề: Trong một tiết học, nếu ta đặt học sinh vào tình huống có vấn đề và dạy cho học sinh kĩ năng giải quyết vấn đề thì sẽ kích thích và phát huy được tính tích cực, hứng thú, sự chủ động, sáng tạo của các em, mục đích giúp các em luôn có nhu cầu giải quyết các vấn đề mới lạ, chưa từng gặp trên con đường nhận thức.

Thực trạng việc sử dụng BTTN và ứng dụng MVT trong dạy BTTN ở một số trường THPT trên địa bàn TP Đông Hà, tỉnh Quảng Trị

• Một số nguyên nhân cơ bản

Trường hợp không thể thực hiện được thí nghiệm trong điều kiện sẵn có hiện tại (Tất nhiên GV phải biết chắc chắn rằng nếu có đủ trang thiết bị thì có thể thực hiện thành công thí nghiệm): GV có thể sử dụng thí nghiệm ảo để trình chiếu trước lớp. Đúng như báo cáo tổng kết của Vụ Trung học Phổ thông tại hội nghị tập huấn PP giảng dạy vật lí phổ thông vào tháng 10/2000 ở Hà Nội đã khẳng định: “Vật lí là một môn học khoa học thực nghiệm nhưng chưa được giảng dạy đúng như tên gọi của nó.

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG

• Chuẩn kiến thức và kĩ năng chương “Động lực học vật rắn”
• Nội dung dạy học chương “Động lực học vật rắn”
• Xây dựng hệ thống bài tập thí nghiệm chương “Động lực học vật rắn”

Tốc độ góc tức thời (gọi tắt là tốc độ góc) là một đại lượng đặc trưng cho sự biến đổi nhanh hay chậm của vật rắn quay quanh một trục ở thời điểm t và được xác định bằng đạo hàm bậc nhất của tọa độ góc theo thời gian. Gia tốc góc tức thời (gọi tắt là gia tốc góc) của vật rắn quay quanh một trục ở thời điểm t là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên của tốc độ góc ở thời điểm đó và được xác định bằng đạo hàm của tốc độ góc theo thời gian. Thí nghiệm minh họa: Sử dụng một vật dạng hình thoi, phía đuôi có lắp cánh định hướng, nếu các cánh này hoàn toàn thẳng: khi phóng thì vật không quay quanh trục, nếu các cánh này có độ xoáy: khi phóng thì vật quay quanh trục.

Từ đó ta tìm được cách xác định vị trí hốc rỗng có ở chính giữa hay không bằng cách sau: Quay nhanh khối cầu trên mặt phẳng ngang, nếu khối cầu quay ổn định quanh trục đi qua tâm thì hốc rỗng ở chính giữa, nếu khối cầu quay quanh trục không đi qua tâm (có hiện tượng rung lắc) thì hốc rỗng ở lệch một phía. (Có thể giải thích theo cách khác: Xét tại một thời điểm, chuyển động lăn của bánh xe có thể coi là chuyển động quay quanh trục đi qua trục quay tức thời chính là vị trí bánh xe tiếp xúc mặt đất, khi đó điểm càng xa trục quay thì tốc độ dài càng lớn, điểm trên cùng của bánh xe có vận tốc tức thời lớn nhất, điểm tiếp xúc mặt đất có vận tốc tức thời bằng 0).

MOMEN ĐỘNG LƯỢNG

• CHUẨN BỊ 1. Giáo viên
• TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC A. HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU

Khi tổng các momen lực tác dụng lên một vật rắn (hay hệ vật) đối với một trục bằng 0 thì tổng momen động lượng của vật rắn (hay hệ vật) đối với trục đó được bảo toàn. Câu hỏi 2: Viết phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định và lí giải vì sao có thể gọi phương trình này là phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn. Tạo tình huống học tập: [Xem video] Vì sao các vận động viên nhảy cầu, khi nhảy từ ván cầu xuống nước, họ thường thực hiện các động tác gập người và bó gối thật chặt lúc xoay người trên không.

10 phút) Hình thành khái niệm momen động lượng và dạng khác của phương trình động lực học vật rắn quay quanh một trục cố định

• HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC

+ So sánh các đại lượng trong phương trình động lực học của chuyển động quay của vật rắn và của chuyển động tịnh tiến của chất điểm ở bảng 3.1 SGK từ đó rút ra ý nghĩa vật lý của đại lượng L = Iω và đơn vị của L. Hệ thống BTTN được xây dựng có thể chưa đầy đủ, đó chỉ là một định hướng, một gợi ý để GV có thể tự mình tuyển chọn, sáng tạo thêm và sử dụng hợp lí trong quá trình dạy học của mình. Chúng tôi tin tưởng rằng kết quả dạy học thực nghiệm theo tiến trình này sẽ có những kết quả khả quan góp phần nâng cao chất lượng dạy học môn Vật lí 12 nâng cao trong các trường THPT hiện nay.

THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM

• Mục đích và nhiệm vụ
• Đối tượng và nội dung 1. Đối tượng thực nghiệm
• Phương pháp thực nghiệm 1. Chọn mẫu thực nghiệm
• Đánh giá kết quả 1. Tiêu chí đánh giá

Qua điều tra, thăm dò tình hình dạy học vật lí ở hai trường được chọn làm TNSP cho đề tài, chúng tôi nhận thấy: Nhìn chung vấn đề đổi mới phương pháp dạy học ở các trường chưa được đề cập mạnh, cơ bản vẫn là kinh nghiệm lâu năm của các GV đi trước với phương pháp truyền thống. Về kích thước, chúng tôi lựa chọn số lượng mẫu ở nhóm thực nghiệm và đối chứng gần bằng nhau, đều là HS lớp 12 trường THPT Lê Lợi, THPT Đông Hà thuộc tỉnh Quảng Trị; về chất lượng, chúng tôi căn cứ vào kết quả học tập môn Vật lí của năm học 2011-2012 trong các sổ học bạ ở nhà trường và lựa. Trong đó, chúng tôi đã nêu cụ thể MVT hỗ trợ như thế nào trong các giai đoạn của quá trình xây dựng BTTN, đề ra phương án dùng MVT để hỗ trợ dạy BTTN trong từng trường hợp cụ thể: Trong tiết dạy kiến thức mới, trong tiết bài tập, trong tiết thực hành và trong buổi ngoại khóa.

ĐỘNG NĂNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH

• CHUẨN BỊ
• NỘI DUNG GHI BẢNG

Động năng của vật rắn quay quanh một trục bằng tổng động năng của tất cả các phần tử tạo nên vật; được đo bằng nửa tích số của momen quán tính của vật và bình phương tốc độ góc của vật đối với trục quay đó. Câu hỏi 1: Momen động lượng của một vật đối với một trục là gì và viết công thức tính momen động lượng?. Tạo tình huống học tập: [Xem video] Tại sao trong động cơ bốn kì thì chỉ có một kì sinh công nhưng vẫn chạy đều?.

15 phút) Xây dựng công thức tính động năng của vật rắn quay quanh một trục

Từ C1, hãy giải thích thêm: Vì sao các bánh đà thường có cấu tạo ngoài vành được làm dày, càng gần tâm thì càng mỏng hoặc có khoét lỗ?. Ở trên đỉnh mặt phẳng nghiêng, cơ năng của 2 vật là như nhau (chỉ có thế năng), khi lăn đến chân mặt phẳng nghiêng thì cơ năng 2 vật cũng bằng nhau nhưng bao gồm 2 phần là động năng tịnh tiến và động năng quay. Vậy nếu thả 2 vật cho lăn xuống từ đỉnh mặt phẳng nghiêng, vật nào đến chân trước thì vật đó là vật đặc, vật còn lại là vật rỗng.

BÀI TẬP VỀ ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN

• MỤC TIÊU

Một bánh xe đạp có trục quay được giữ cố định, một sợi dây quấn qua trục quay bánh xe, đầu kia sợi dây nối vào một vật nặng khối lượng m. Từ kết quả bài 1, hãy thiết kế một phương án thí nghiệm để đo momen quán tính của một bánh xe đạp (Chú ý thực tế ma sát trục quay là đáng kể). + Viết phương trình động lực học của vật rắn trong chuyển động quay quanh một trục.

Ta có

Để tìm Fms, ta có thể dùng thí nghiệm nhỏ: Quấn sợi dây không dãn vào trục bánh xe, đầu kia sợi dây nối vào lực. Cho một thanh thẳng đồng chất chiều dài l, khối lượng M quay gần như tự do quanh trục đi qua một đầu thanh. Tìm phương án xác định vận tốc vật khối lượng m được bắn ngang, biết rằng vật m có khả năng bám dính tốt và trong tay bạn có một thước đo góc.