Tiến hành thực nghiệm tại hai nhóm học sinh lớp 10 trường PT Quốc tế Kinh Bắc- thành phố Bắc Ninh
Hai nhóm có chất lượng học tập văn hóa tương đương nhau về chất lượng, qua kết quả kiểm tra đầu vào và kiểm tra chất lượng tháng 8,9 cũng được coi là tương đương.
Số lượng học sinh mỗi nhóm là 10 học sinh 3.4. Thời điểm thực nghiệm
Học kì I năm học 2014-2015: Từ 06/10/2014 đến 08/11/2014. 3.5. Tiến trình TNSP
* Thực nghiệm sư phạm được tiến hành song song: nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng do tôi đảm nhận. Cả hai nhóm được tiến hành trong cùng thời gian, cùng nội dung dạy hướng dẫn giải bài tập.
* Ở nhóm thực nghiệm tôi tiến hành dạy theo nội dung đã soạn thảo, còn ở nhóm đối chứng, tôi dạy bình thường theo giáo án cũ của mình.
86
* Tiến hành quan sát, ghi chép, hoạt động dạy và học tại hai nhóm thực nghiệm và đối chứng. Sau khi dự giờ tiến hành trao đổi, rút kinh nghiệm cùng với giáo viên thực nghiệm và thảo luận định hướng các tiết dạy tiếp theo.
* Trong khuôn khổ luận văn, tôi xin trình bày 1 giáo án “ Cơ năng”- giáo án thực nghiệm trong các giáo án thực nghiệm của đề tài
Tiết 73 : CƠ NĂNG I. Mục tiêu
1. Kiến thức:
- Viết được công thức tính cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường và của vật chuyển động dưới tác dụng lực đàn hồi của lò xo
- Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường và của một vật chuyển động dưới tác dụng lực đàn hồi của lò xo
- Viết được biểu thức tính độ biến thiên cơ năng khi vật chịu tác dụng của lực cản, lực ma sát...
2. Kỹ năng:
- Thiết lập được công thức tính cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường
- Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường để giải 1 số bài toán đơn giản
3. Thái độ: Nghiêm túc, tích cực, hăng hái II. Chuẩn bị
- Giáo viên: Giáo án, phiếu bài tập, con lắc đơn, sơ đồ nhà máy thuỷ điện
- Học sinh: Ôn lại các bài động năng, thế năng 1. Phiếu kiểm tra bài cũ
Họ và tên: ... Mã bài: LY10122 Phiếu kiểm tra đầu giờ Thời gian: 5 phút Câu hỏi: Viết công thức tính thế năng hấp dẫn,công thức của thế năng đàn hồi ,động năng, công của lực tác dụng lên vật?
87
... ... ...
2.Phiếu bài tập
Câu 1: (Câu 27- LV) Trong quá trình rơi tự do của một vật thì:
A. Động năng tăng, thế năng giảm B. Động năng tăng, thế năng tăng
C. Động năng giảm, thế năng giảm D. Động năng giảm, thế năng tăng
Câu 2:( Câu 28 - LV) Cơ năng là đại lượng:
A. Vô hướng, có thể dương, âm hoặc bằng không B. Vô hướng, có thể dương hoặc bằng không
C. Véc tơ, độ lớn có thể âm, dương hoặc bằng không D. Véc tơ, độ lớn có thể dương hoặc bằng không
Câu 3: (Câu 29- LV) : Một con lắc lò xo gồm vật có khối lượng 0,4 kg và lò xo có độ cứng 80N/m đang dao động. Tại vị trí A trên quãng đường chuyển động, lò xo bị dãn 5 cm và có vận tốc là 0,85 m/s. Cơ năng của vật bằng bao nhiêu? Bỏ qua ma sát.
B. 0,4 J B. 2J C. 6J D. 2,4J
Câu 4(Bài 18- LV): Thả rơi một vật ở độ cao 20m so với mặt đất xuống đất. Biết rằng khi ở độ cao 10m so với mặt đất thì vật có thế năng so với mặt đất là 500J.
c. Tính khối lượng của vật.
d. Tính động năng và cơ năng của vật khi ở độ cao 10m
Câu 5(Bài 20- LV): Một hòn bi khối lượng 20g được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 4 m/s từ độ cao 1,5 m so với mặt đất. Bỏ qua ma sát.
e. Tính trong hệ quy chiếu mặt đất các giá trị động năng, thế năng và cơ năng của hòn bi tại lúc ném vật.
Câu 6 (Bài 19[2]- LV): Từ một đỉnh tháp có chiều cao h= 20m, người ta ném lên theo phương thẳng đứng một hòn đá khối lượng m= 50g với vận tốc đầu v0= 18
88
m/s. Khi rơi tới mặt đất, vận tốc hòn đá bằng v=20m/s. Tính công của lực cản của không khí. Lấy g=10 m/s2
III. Hoạt động dạy và học
1. Kiểm tra bài cũ (5 phút)
- GV yêu cầu 1 hs lên bảng trả lời:
Câu hỏi: Viết công thức tính thế năng hấp dẫn,công thức của thế năng đàn hồi ,động năng, công của lực tác dụng lên vật?
- HS hoàn thành câu hỏi - GV chuẩn xác lại kiến thức. 2. Ý tưởng bài dạy
* Hoạt động 1: - GV cho học sinh làm phiếu kiểm tra bài cũ sau đó thu và chuẩn xác kiến thức
* Hoạt động 2:
- GV yêu cầu học sinh nhắc lại khái niệm cơ năng đã học từ lớp dưới ( nếu hs không nhớ thì gv nhắc lại) và đưa ra kí hiệu cơ năng là W. Yêu cầu học sinh viết biểu thức cơ năng khi vật chuyển động trong trọng trường và biểu thức cơ năng khi vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
Học sinh hoàn thành biểu thức và giáo viên chốt kiến thức định nghĩa và biểu thức của cơ năng khi vật chuyển động trong trọng trường và biểu thức cơ năng khi vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
- GV đưa ra cho học sinh định luật bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường và khi vật chịu tác dụng của lực đàn hồi và yêu cầu học sinh nhận xét về sự biến thiên có quy luật của động năng và thế năng trong biểu thức cơ năng. * Hoạt động 3: - GV chỉ ra cho học sinh khi vật chịu tác dụng của lực ma sát hay lực cản thì cơ năng của vật không bảo toàn nữa mà độ biến thiên cơ năng khi này bằng công của lực cản hay lực ma sát tác dụng vào vật và viết biểu thức trong trường hợp này.
* Hoạt động 4:
Giáo viên cho học sinh hoàn thành phiếu bài tập Giáo viên gọi các học sinh lên bảng làm
89
Giáo viên chữa bài và hướng dẫn theo hệ thống câu hỏi định hướng tư duy và đánh giá bài làm của học sinh.
Câu Hướng dẫn của giáo viên Câu trả lời của học sinh 1 - Sự rơi tự do là gì
- Cơ năng trong trường hợp này có bảo toàn không?
- Rơi từ trên cao xuống thì độ cao thay đổi ra sao? Khi đó thế năng trọng trường thay đổi như thế nào? - Đáp án đúng là gì?
-Rơi chỉ dưới tác dụng của P - Theo định luật bảo toàn cơ năng thì cơ năng trong trường hợp này bảo toàn.
- Độ cao giảm dần, thế năng trọng trường giảm dần
-Do W không đổi, Wt giảm nên Wđ tăng. Đáp án A
2 -Biểu thức tính cơ năng?
- Wt, Wđ là đại lượng vô hướng hay vecto? Nó có bao giờ âm không?
- Đáp án là gì?
- Ta có: W= Wđ+Wt
- 2 đại lượng đó là vô hướng, Wđ
thì không âm, Wt có thể âm nên W có thể âm, dương hoặc bằng 0 Đáp án A
3 -Vật chịu tác dụng của lực nào? Cơ năng có bảo toàn không?
- Đáp án đúng là gì?
-Vật chịu tác dụng của lực đàn hồi, cơ năng bảo toàn
- Từ biểu thức cơ năng khi chịu tác dụng của lực đàn hồi ta tính được W= 0,4 J. Đáp án A 4 - Sử dụng công thức nào để tính khối
lượng của vật?
- Biết khối lượng và độ cao của vật, làm thế nào để tính được thế năng tại vị trí đó?
- Viết biểu thức cơ năng và tính cơ năng cho vật.
Chọn gốc thế năng tại mặt đất Khi h= 10m; Wt= mgz; m= 5kg Khi h= 20m thì vật rơi tự do nên Wđ=0
W= Wt= mgz= 5.10.20=1000J Do W bảo toàn nên tại độ cao 10 m thì Wđ= 1000- 500= 500 J
90 5 - Từ dữ kiện giả thiết cho chúng ta
có thế tính được động năng, thế năng, cơ năng tại những vị trí nào? - Khi vật chuyển động lên tới độ cao lớn nhất rồi bị rơi xuống dưới thì tại nơi cao nhất đó vật có vận tốc không?
- Tại điểm nào đó động năng bằng 2 lần thế năng thì tại vị trí đó cơ năng bằng bao nhiêu lần thế năng?
- Khi chạm đất thì thế năng của vật so với đất bằng bao nhiêu? Khi đó cơ năng của vật như thế nào? - Sử dụng công thức tính cơ năng, động năng, thế năng và định luật bảo toàn cơ năng vào giải.
Chọn mặt đất là gốc thế năng a.Tại vị trí ném Wt= mgz= mgh0=0,3 J W đ= 2 0 1 2mv = 0,16J W= Wt+ Wđ= 0,46 J Gọi A là vị trí cực đại vật đạt được Ta có: WA= 0,46 J
A là điểm cao nhất vật đạt được nên vA=0 WA = mgzA= mghA; hA= 2,3 m b.Gọi D là vị trí Wđ= 2 Wt WD = Wđ+ Wt= 3 Wt Ta có: WA= WD 3.mghD= 0,46; hD= 0,77 m d. Khi chạm đất 12mv2= 0,46 v = 6,78 m/s
6 - Công thức nào liên quan tới công lực cản trong bài toán có động năng, thế năng , cơ năng
- Xác định cơ năng tại vị trí ném và đất
- Sử dụng công thức tính độ biến thiên cơ năng bằng công của lực cản để tìm công của lực cản?
Công của lực cản bằng độ biến thiên cơ năng
2 2 0 1 1 . 2 2 A mv mgh mv A= -8,1J
91 3. Nội dung ghi bảng
CƠ NĂNG
I. Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường và vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
1.Định nghĩa: Cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của trọng lực bằng tổng động năng và thế năng trọng trường của vật:
Biểu thức : W= Wđ+Wt 2.Sự bảo toàn cơ năng của vật
Khi vật chuyển động trong trọng trường hay chịu tác dụng của lực đàn hồi thì cơ năng của vật là đại lượng bảo toàn:
Ta có: W= không đổi
II. Cơ năng của vật khi vật chịu tác dụng của lực ma sát hay lực cản
Khi vật chịu tác dụng của lực cản thì cơ năng của vật không bảo toàn: Ta có: Ws- Wt = AFc
III. Rút kinh nghiệm
Trong tiết dạy này, chúng tôi đã sử dụng 4 bài tập trắc nghiệm và 2 bài tập tự luận ở chương II của luận văn.
Tác giả nhận thấy, học sinh tích cực làm bài theo câu hỏi định hướng của giáo viên. Lớp học sôi nổi, hào hứng và học sinh làm được trọn vẹn các bài trong phiếu bài tập đã giao
Đối với các bài trắc nghiệm thì chúng tôi gọi cá nhân học sinh trả lời, đối với bài tự luận thì chúng tôi chia nhóm 2 học sinh ngồi 1 bàn làm 1 nhóm để thảo luận và đưa ra cách giải. Tiếp đó, chúng tôi gọi đại diện 5 học sinh của 5 nhóm lên bảng trình bày và 5 học sinh trong nhóm còn lại làm bài vào giấy.
3.6. Phân tích và đánh giá kết quả TNSP
Quá trình thực nghiệm sư phạm, tôi đã thực hiện các công việc như giảng dạy 8 tiết của chương, giám sát, trao đổi thông tin, thu thập ý kiến, kiểm tra 45’ trên nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng để lấy số liệu phân tích, đánh giá kết quả của quá trình
92
thực nghiệm sư phạm. Hai nhóm thực nghiệm và đối chứng được chọn mỗi nhóm 10 học sinh với chất lượng tương đương nhau. Hoàn thành đợt TNSP. Chúng tôi tiến hành phân tích và đánh giá kết quả TNSP trên hai mặt định tính và định lượng như sau:
3.6.1. Đánh giá định tính về việc rèn luyện và nâng cao kỹ năng giải quyết vấn đề trong việc giải bài tập chương các định luật bảo toàn đề trong việc giải bài tập chương các định luật bảo toàn
Trong quá trình TNSP, hệ thống các bài tập và các câu hỏi định hướng đã soạn thảo được áp dụng trong hoạt động hướng dẫn và tổ chức hoạt động giải bài tập theo hướng rèn luyện kỹ năng, tích cực hóa hoạt động của học sinh đã giúp cho học sinh nâng cao được kĩ năng giải quyết các tình huống quen thuộc và cả các tình huống mới, nâng cao được năng lực tư duy…
Tại nhóm thực nghiệm, quan sát ban đầu cho thấy phần lớn các em vẫn còn thói quen với các bài tập giải mẫu của các thầy cô và khi được yêu cầu giải các bài tập cụ thể thì hầu như chỉ có thể làm được một số vấn đề giống hệt tương tự bài mẫu một cách rập khuôn, máy móc. Sau khi được giáo viên hướng dẫn giải bài tập bằng các câu hỏi định hướng thì các em dần dần tìm được những cái đích cần tìm và nhanh chóng có thói quen tư duy tìm ra con đường hành động sao cho hiệu quả. Từ chỗ các em chỉ có thói quen và khả năng giải quyết các bài tập đơn giản chỉ cần áp dụng công thức đã học thì với hệ thống câu hỏi định hướng đã giúp các em nâng cao được kĩ năng tư duy, khả năng phân tích hiện tượng vật lí, kĩ năng vận dụng vào các tình huống cụ thể.
Ví dụ: Trong bài tập số 8: Bài toán yêu cầu tính lực tác dụng lên vai người bắn trong khi mới chỉ cho thời gian tác dụng của lực, khối lượng vật và vận tốc ban đầu. Nếu không có câu hỏi định hướng tư duy thì khi gặp bài này học sinh sẽ rất nhăn nhó vì khi tính lực học sinh sẽ nghĩ ngay tới sử dụng định luật II Niu tơn nhưng gia tốc lại là đại lượng chưa biết và chưa biết tìm vận tốc sau khi bắn như thế nào và học sinh sẽ lung túng. Vì thế, câu hỏi định hướng tư duy sẽ định hướng cho học sinh hiểu ra hiện tượng vật lý của bài và biết tìm vận tốc sau khi bắn đó bằng bài toán chuyển động bằng phản lực.
Các bài tập động lượng, định luật bảo toàn động lượng phần lớn đều gắn với thực tiễn. Như các bài toán va chạm mềm, chuyển động bằng phản lực, x.... Khi đó
93
về lý thuyết các em phải nắm được rằng muốn giải quyết các bài toán thực tế đó thì cần hiểu rằng chúng vẫn tuân thủ các định luật Niuton hay định luật bảo toàn động lượng, nhưng trên thực tế khi gặp các bài tập như vậy vẫn có sự lúng túng với học sinh trong việc phân tích các hiện tượng vật lý đó. Chỉ khi giáo viên gợi ý thông qua các câu hỏi định hướng thì những khó khăn của các em mới được giải tỏa.
Việc tổ chức hướng dẫn hoạt động giải bài tập thông qua các câu hỏi định hướng tư duy đã giúp cho học sinh tự lực, chủ động trong các tình huống phải giải quyết theo yêu cầu đề ra. Trong các giờ bài tập tiến hành thực nghiệm, chúng tôi thấy đa số các học sinh tham gia tích cực vào hoạt động giải bài tập, một số rất ít các em còn thụ động mà qua điều tra cho thấy các em chưa tập trung nghe rõ các câu hỏi định hướng hoặc kĩ năng biến đổi toán học còn hạn chế.
Thành công lớn nhất ở nhóm thực nghiệm là học sinh đã hình thành thói quen tư duy giải bài tập vật lí theo hướng tích cực hơn, kỹ năng tư duy và các kĩ năng giải quyết các vấn đề của các em đã được nâng lên, khả năng vận dụng vào các tình huống cụ thể đã linh hoạt và hiệu quả hơn. Từ chỗ các em đa số chỉ có thể giải quyết được các bài toán đơn giản có nội dung trìu tượng mà chỉ phải áp dụng những công thức vật lí đã học thì nay các em đã có thể chủ động giải quyết được các bài toán đa dạng và có độ khó hơn, có nội dung cụ thể gắn với thực tiễn hơn mà các bài tập về mắt và các dụng cụ