2.1.1. Đặc điểm nội dung
- Chương “Các định luật bảo toàn” là chương kết thúc phần cơ học lớp 10, được hình thành dựa trên cơ sở kiến thức của chương “Động lực học chất điểm”.
- Chương có nhiều khái niệm mới đối với học sinh: Xung lượng của lực, động lượng, hệ kín và đi sâu vào các kiến thức như: Công, động năng, thế năng...
- Kiến thức trong chương “Các định luật bảo toàn” là kiến thức trọng tâm trong chương trình Vật lí phổ thông. Các bài học có mối liên hệ chặt chẽ với nhau vì vậy để hoàn thiện kiến thức đòi hỏi HS phải vận dụng linh hoạt kiến thức.
- Các định luật bảo toàn cung cấp một phương pháp giải các bài toán cơ học rất hữu hiệu, bổ sung cho phương pháp động lực học và là phương pháp duy nhất nếu không biết rõ lực tác dụng lên vật. Ngoài ra, các định luật bảo toàn cũng góp phần giáo dục kĩ thuật tổng hợp thông qua việc nghiên cứu ứng dụng các định luật như động cơ phản lực, hộp số, hiệu suất của máy.
2.1.2. Sơ đồ cấu trúc nội dung kiến thức và logic hình thành kiến thức Sơ đồ cấu trúc nội dung kiến thức Sơ đồ cấu trúc nội dung kiến thức
Nội dung của chương “Các định luật bảo toàn” trong chương trình Vật lí 10 ban cơ bản ở THPT bao gồm:
- Các khái niệm mới như động lượng, lực thế...hoặc nghiên cứu sâu hơn các khái niệm quan trọng như công, công suất, động năng, thế năng mà ở trung học cơ sở, HS đã học sơ qua.
- Chuyển động bằng phản lực, các bài toán va chạm.
- Các định lí, các định luật bảo toàn như định lí biến thiên động lượng, định luật bảo toàn cơ năng.
Hình 2.1. Sơ đồ kiến thức chương “Các định luật bảo toàn”
Logic hình thành kiến thức
BÀI 23. ĐỘNG LƯỢNG. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG
SGK chia nội dung của bài làm hai phần chính.
Phần I. Động lượng
Gồm hai nội dung:
1. Xung lượng của lực. 2. Động lượng.
Bước 1: Thông qua việc phân tích các ví dụ cụ thể để giới thiệu cho HS khái niệm xung lượng của lực trong một khoảng thời gian ngắn và tác dụng của nó là làm biến đổi trạng thái chuyển động của vật chịu tác dụng của xung.
Bước 2: Bằng cách sử dụng định luật II Niu - tơn và kết hợp với đại lượng xung lượng của lực để khảo sát chuyển động của một vật m và đưa đến biểu thức liên hệ giữa xung lượng của lực và độ biến thiên của một đại lượng và đại lượng này được gọi là động lượng. Đây chính là biểu thức của định lí biến thiên động lượng, tuy nhiên trong SGK không nêu tên của định lí này.
Bước 3: Sau khi định nghĩa động lượng, SGK dẫn đến biểu thức dạng khác của định luật II Niu - tơn. Tiếp theo, SGK phát biểu nội dung của biểu thức và rút ra ý nghĩa của biểu thức: Lực đủ mạnh tác dụng lên một vật trong một khoảng thời gian hữu hạn thì có thể gây ra biến thiên động lượng của vật.
Phần II. Định luật bảo toàn động lượng
Gồm 4 nội dung: 1. Hệ cô lập.
2. Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập. 3. Va chạm mềm.
4. Chuyển động bằng phản lực.
Bước 1: SGK trình bày khái niệm hệ cô lập. Sau đó, xét một hệ cô lập gồm hai vật nhỏ tương tác với nhau, kết hợp định luật III Niu - tơn và định lí biến thiên động lượng để đưa ra biểu thức của định luật bảo toàn động lượng. Từ kết quả vừa đưa ra, SGK thông báo định luật được mở rộng cho hệ nhiều vật.
Bước 2: Vận dụng định luật bảo toàn động lượng cho trường hợp va chạm mềm của hai vật chuyển động cùng hướng.
Bước 3: SGK nêu ví dụ về chuyển động của cái diều và tên lửa. Vận dụng định luật bảo toàn để giải thích chuyển động của tên lửa.
BÀI 24. CÔNG VÀ CÔNG SUẤT
SGK chia nội dung của bài làm hai phần chính.
Phần I. Công
Gồm 5 nội dung:
1. Khái niệm về công.
2. Định nghĩa công trong trường hợp tổng quát. 3. Biện luận.
4. Đơn vị công. 5. Chú ý.
Bước 1: SGK xuất phát từ biểu thức tính công đã học ở lớp 8 nhưng chưa làm rõ bản chất của công.
Bước 2: Mở rộng khái niệm công trong trường hợp tổng quát bằng việc phân tích lực tác dụng thành hai thành phần và loại bỏ được thành phần lực vuông góc với độ dời. Từ đó, xây dựng được công thức tính công dạng tổng quát: A = F.s.cosα
Bước 3: SGK dùng suy luận toán học để xét dấu của A và rút ra ý nghĩa về giá trị của công dương và công âm, nêu đơn vị và chú ý trong trường hợp tính công của lực tác dụng. Việc lưu ý này giúp HS xác định đúng phạm vi áp dụng công thức cho các trường hợp cụ thể, không bị sai sót khi làm bài tập.
Phần II. Công suất
Gồm 3 nội dung:
1. Khái niệm công suất. 2. Đơn vị công suất.
3. Khái niệm công suất cũng được mở rộng cho các nguồn phát năng lượng không phải dưới dạng cơ học như lò nung, nhà máy điện...Thông qua việc phân tích ý nghĩa của thời gian thực hiện công trong thực tiễn, đời sống kĩ thuật hình thành khái niệm công suất cũng như đơn vị của công suất.
BÀI 25. ĐỘNG NĂNG
SGK chia nội dung của bài làm hai phần chính.
Phần I. Khái niệm động năng
Gồm hai nội dung 1. Năng lượng. 2. Động năng.
Bước 1: SGK giới thiệu về khái niệm năng lượng và các dạng khác nhau của quá trình trao đổi năng lượng.
Bước 2: SGK giới thiệu về động năng và mối quan hệ giữa động năng của một vật và công cơ học nhưng chưa đưa ra biểu thức tính động năng.
Phần II & III. Công thức tính động năng. Công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng.
Bước 1: Xuất phát từ việc tính công của một lực F không đổi tác dụng lên một vật có khối lượng m và làm nó dịch chuyển một đoạn s theo phương của lực để đưa ra biểu thức: A = 12mv22 _ 1
2mv12
Đến đây, SGK mới đưa ra biểu thức tính động năng và định nghĩa động năng một cách đầy đủ.
Bước 2: Phát biểu biểu thức A = 12mv22 _ 1 2mv1
2 dưới dạng hệ quả: “Khi lực tác dụng lên vật sinh công dương thì động năng của vật tăng (tức là vật thu thêm công hay vật sinh công âm). Ngược lại, khi lực tác dụng lên vật sinh công âm thì động năng của vật giảm (tức vật sinh công dương).
BÀI 26. THẾ NĂNG
SGK chia nội dung của bài làm hai phần chính.
Phần I. Thế năng trọng trường
Gồm 3 nội dung: 1. Trọng trường.
2. Thế năng trọng trường.
3. Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực.
Bước 1:Định nghĩa trọng trường, công thức trọng lực của một vật khối lượng m.
Bước 2: Thông qua việc phân tích ví dụ thả rơi búa máy từ độ cao z, không vận tốc đầu tác dụng lực vào cọc làm cọc lún sâu vào đất, từ đó định nghĩa thế năng trọng trường. Xây dựng biểu thức tính thế năng từ việc tính công của trọng lực khi búa máy rơi chạm vào cọc từ độ cao z.
Bước 3: Trên cơ sở tính công của trọng lực dịch chuyển từ vị trí M sang vị trí N và kết hợp thế năng trọng trường, SGK đưa đến biểu thức liên hệ giữa công của trọng lực và hiệu thế năng trọng trường; sau đó, rút ra hệ quả.
Phần II & III. Thế năng đàn hồi
Gồm hai nội dung:
1. Công của lực đàn hồi. 2. Thế năng đàn hồi.
Bước 2: Xác nhận khái niệm và biểu thức tính thế năng đàn hồi mà không chứng minh.
BÀI 27. CƠ NĂNG
SGK chia nội dung của bài làm hai phần chính.
Phần I. Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường
1. Định nghĩa.
2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường. 3. Hệ quả.
Bước 1: Định nghĩa cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường, xây dựng biểu thức.
Bước 2: Xét vật khối lượng m chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N, lập luận dẫn đến biểu thức liên hệ giữa cơ năng tại M và N. Phát biểu định luật bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường và rút ra các hệ quả.
Phần II. Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi
Bước 1:Trên cơ sở sự bảo toàn cơ năng trong trọng trường xác nhận sự bảo toàn cơ năng khi vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi.
Bước 2: Nêu phạm vi áp dụng của định luật bảo toàn cơ năng và phát biểu cho trường hợp cơ năng của vật chịu thêm tác dụng của lực cản, lực ma sát thì cơ năng của vật sẽ biến đổi và công của các lực cản, lực ma sát đó sẽ bằng độ biến thiên của cơ năng.
2.2. Chuẩn kiến thức, kỹ năng 2.2.1. Chuẩn kiến thức 2.2.1. Chuẩn kiến thức
Sau khi học xong chương “Các định luật bảo toàn” ” - Vật lí 10 cơ bản, HS cần nắm được nội dung kiến thức ở các mức độ sau:
- Định nghĩa được xung lượng của lực, nêu được bản chất (tính chất vecto) và đơn vị đo xung lượng của lực.
- Định nghĩa được động lượng, nêu được bản chất (tính chất vecto) và đơn vị đo của động lượng, nêu được hệ quả: Lực với cường độ đủ mạnh tác dụng lên một vật trong một khoảng thời gian hữu hạn có thể làm cho động lượng của vật biến thiên.
- Phát biểu được định luật bảo toàn động lượng.
- Phát biểu được định nghĩa công của một lực.
- Phát biểu được định nghĩa và ý nghĩa công suất.
- Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của động năng (của một chất điểm hay một vật rắn chuyển động tịnh tiến).
- Phát biểu được trong điều kiện nào động năng của vật biến đổi.
- Phát biểu được định nghĩa trọng trường, trọng trường đều.
- Viết được biểu thức trọng lực của một vật.
- Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của thế năng trọng trường, định nghĩa khái niệm mốc thế năng.
- Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của thế năng đàn hồi.
- Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường.
- Viết được công thức tính cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi của lò xo.
- Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi của lò xo.
2.2.2. Chuẩn kỹ năng
Sau khi học xong chương “Các định luật bảo toàn”, HS cần hình thành các kỹ năng cơ bản sau:
- Mô tả, giải thích hiện tượng liên quan đến sự chuyển động, va chạm. Vận dụng được định luật bảo toàn động lượng cũng như kiến thức toán học và sử dụng máy tính điện tử để giải bài toán chuyển động, va chạm mềm.
- Từ định luật II Niu - tơn suy ra được định lí biến thiên động lượng.
- Giải thích nguyên tắc chuyển động bằng phản lực.
- Biết cách tính công của một lực trong trường hợp đơn giản (lực không đổi, chuyển dời thẳng).
- Nêu được nhiều ví dụ về những vật có động năng sinh công.
- 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 một số bài toán đơn giản.
2.2.3. Các sai lầm phổ biến của học sinh khi học phần kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 ban cơ bản
Xuất phát từ thực tiễn kinh nghiệm dạy học của bản thân và của các GV khác, kết hợp với việc quan sát, theo dõi việc học chương “Các định luật bảo toàn” của HS lớp 10 ban cơ bản và từ các bài kiểm tra của HS, tác giả nhận thấy trong quá trình học chương này HS còn mắc phải một số sai lầm phổ biến như sau:
- Động lượng là một khái niệm khá trừu tượng đối với HS. Trong các bài toán liên quan đến động lượng, HS thường gặp sai lầm trong việc biểu diễn các vecto động lượng và xác định vectơ tổng, còn lúng túng trong việc sử dụng toán học để tính toán. Mặt khác, động lượng là đại lượng có tính tương đối nên phụ thuộc vào hệ quy chiếu, HS thường quên đặc điểm này dẫn đến sai sót khi giải toán.
- HS mắc sai lầm khi chuyển biểu thức động lượng dạng vecto sang biểu thức đại số để tính toán.
- HS hay nhầm lẫn giữa động năng và động lượng.
- HS thường nhầm giữa chuyển động bằng phản lực (áp dụng định luật bảo toàn động lượng) với lực và phản lực của định luật III Niu tơn. HS thường cho rằng do tương tác mà một vật chuyển động thì đều nhờ phản lực.
- HS không hiểu rõ công thức tính công trong trường hợp tổng quát nên khi tính công thường xác định không đúng góc giữa lực và hướng dịch chuyển.
- HS chưa chú ý đến việc chọn gốc tính thế năng nên có những bài toán HS phải tính toán rất phức tạp, mất nhiều thời gian.
- HS còn sai sót khi xác định hệ vật cần nghiên cứu, điều kiện để áp dụng các định luật bảo toàn. HS mặc nhiên thừa nhận việc áp dụng được định luật trong tất cả các bài toán hoặc phân vân không biết sử dụng định luật nào trong số những định luật đã học.
2.3. Đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng học tập 2.3.1. Đề xuất giải pháp về nội dung ôn tập 2.3.1. Đề xuất giải pháp về nội dung ôn tập
- Để chuẩn bị tốt cho tiết ôn tập, GV cần yêu cầu HS làm việc ở nhà: Trả lời các câu hỏi và chuẩn bị các bài tập.
- Trong tiết ôn tập trên lớp, GV chọn một vài bài tập có nội dung tổng hợp liên quan đến nhiều kiến thức cần ôn tập và cùng làm việc với HS. Qua đó nhắc lại, khắc sâu, hệ thống và nâng cao các kiến thức cần nhớ, đặc biệt là các ứng dụng kĩ thuật.
- Mục "Tóm tắt những kiến thức cần nhớ" trong SGK nhằm mục đích để cho HS tra cứu nếu cần thiết, không nên giảng lại cho HS trong giờ học ôn tập.
- Không ôn tập tất cả mà cần chọn những vấn đề, khái niệm quan trọng nhất để ôn tập, giúp cho HS nắm chắc và ghi nhớ. Các kiến thức khác được tập trung xung quanh những vấn đề và khái niệm quan trọng này.
- Cần tách những vấn đề khó trong chương nếu HS chưa nắm vững. Không phải ôn tập mọi thứ với mức độ như nhau. Về cơ bản, chỉ ôn tập những kiến thức trọng tâm và những kiến thức khó.
- Phải nghiên cứu kiến thức cũ trên quan điểm mới, phải nêu được mối quan hệ logic mới, kích thích tính tự học của HS.
2.3.2. Đề xuất giải pháp về hình thức ôn tập và phương pháp ôn tập
- GV nên có các bảng hệ thống thể hiện mối liên quan hệ thống của kiến thức trọng tâm đã được học trong chương. Tùy theo hàm lượng kiến thức trong mỗi chương, GV có thể hệ thống kiến thức của chương theo một số phương pháp như: Hệ thống bằng sơ đồ, hệ thống bằng bản đồ tư duy.Việc lựa chọn phương pháp hệ thống kiến thức trọng tâm của chương cần phù hợp với đặc trưng của bộ môn mới nâng cao được hiệu quả, chất lượng học tập của HS thông qua tiết ôn tập chương.
- Sử dụng các phương tiện nghe nhìn, phát huy hết tác dụng các thiết bị công nghệ