8. Cấu trỳc của luận văn
2.2.1.Động lượng Định luật bảo toàn động lượng
Thiết lập định luật bảo toàn động lượng từ cỏc định luật II và III của Newton dụng cho hệ kớn. ( )1 ... ... 1 1 1 1 + p + = p + p + p
Với định nghĩa động lượng: Động lượng của một vật chuyển động là đại lượng đo bằng tớch của khối lượng và vận tốc của vật.
( )2 v m p= Đơn vị động lượng: kg.m/s 2.2.2. Chuyển động bằng phản lực
Nguyờn tắc chuyển động bằng phản lực: Một phần của hệ kớn chuyển động theo một hướng thỡ phần cũn lại của hệ chuyển động theo hướng ngược lại.
Trong bài, SGK chỉ xột trường hợp đơn giản nhất là tờn lửa ban đầu đứng yờn,
tổng động lượng băng khụng. Nếu tờn lửa phụt ra khối lượng m chất khớ với vận tốc khụng đổi v đổi với đất cú động lượng mv, thỡ phần cũn lại khối lượng M phải chuyển động với vận tốc V, sao cho động lượng MV thỏa món điều kiện tổng động lượng vẫn bằng khụng: MV +mv=0. Suy ra v
M m
V =- ; dấu trừ cú nghĩa là khớ phụt ra phớa sau thỡ tờn lửa tiến lờn phớa trước. Sau đú thỡ nú chuyển động theo định luật nào?
2.2.3. Cụng và cụng suất
Ở bậc THCS, HS được học cỏch tớnh cụng đơn giản trong trường hợp riờng A = F.S. Vậy ở bài này chỳng ta cần nhấn mạnh cụng thức tớnh trong trường hợp tổng quỏt. Phõn biệt ý nghĩa vật lý cụng dương, cụng õm, cần lưu ý cho HS trong trường
36
hợp hay gặp: vật chuyển động trờn mặt phẳng nằm ngang thỡ cụng của trọng lực luụn bằng khụng.
Để dễ tiếp cận với cụng thức, SGK sử dụng hỡnh ảnh trực quan: cụng tỉ lệ với lực tỏc dụng và với độ dời theo phương của lực, từ đú dẫn đến cụng thức tớnh cụng một cỏch tự nhiờn hơn sau đú đưa ra trường hợp riờng A=FS suy ra từ trường hợp tổng quỏt A=Fscosa, (loại bỏ thành phần lực vuụng gúc với độ dời)
Cụng suất P=Fv để giải thớch nguyờn lớ hoạt động của hộp số. Thụng thường một động cơ được chế tạo để đạt một cụng suất tối đa cho trước. Vậy khi thay đổi vận tốc thỡ cú thể điều chỉnh được lực tỏc dụng (lực kộo) theo hướng tỉ lệ nghịch với nhau. Hộp số sử dụng với mục đớch phối hợp giữa vận tốc và lực kộo của xe để thớch ứng với những địa hỡnh khỏc nhau trờn đường đi.
2.2.4. Động năng – Định lý động năng.
Hai khỏi niệm đụng lượng và động năng cú bản chất hoàn toàn khỏc nhau mặc dự chỳng đều phụ thuộc vào khối lượng và vận tốc của vật: Động lượng là đại lượng vộc tơ, gắn với lực tỏc dụng, chớnh xỏc là với xung lượng của lực tỏc dụng ( )FDt ; Động năng là đại lượng vụ hướng, gắn với cụng của lực tỏc dụng, do đú mang ý nghĩa năng lượng.
Giữa động lượng và động năng cú mối liờn hệ:
m p Wd 2 2 = .
Động năng phụ thuộc vào vận tốc, nờn cũng cú tớnh tương đối như vận tốc. Giỏ trị của động năng phụ thuộc vào mốc dựng để tớnh. Vỡ chuyển động của mọi vật thường được xột trong hệ quy chiếu là mặt đất, nờn động năng cũng được xỏc định trong hệ quy chiếu này.
Xuất phỏt từ tớnh cụng do lực thực hiện, ta thấy rằng cụng thức của động năng từ định nghĩa sẽ dẫn tới định lớ động năng. Động năng là một dạng năng lượng cơ học cú quan hệ chặt chẽ với cụng. Khi ngoại lực tỏc dụng lờn vật sinh cụng thỡ động năng của vật tăng: cụng đú được tớch lũy trong vật dưới dạng động năng. Ngược lại, nếu chớnh vật sinh cụng để thắng lực cản (vớ dụ lực ma sỏt) thỡ năng lượng của vật dưới dạng
37
động năng phải giảm. Đú là những nội dung và ý nghĩa quan trong nhất của định lớ động năng.
Vai trũ tổng quỏt của định lớ động năng: đỳng trong mọi trường hợp lực tỏc dụng bất kỳ. Vỡ thế định lớ được ỏp dụng thuận lợi trong nhiều bài toỏn cơ học khi khụng thể vận dụng định luật Newton.
2.2.5. Thế năng.
Khỏi niệm thế năng được hỡnh thành và định nghĩa xuất phỏt từ biểu thức tớnh cụng của trọng lực và lực đàn hồi ( cú cựng tớnh chất chung là lực thế ):
+) Cụng của trọng lực: 2 1 2 1 12 mgz mgz Wt Wt A = - = -
Từ đú đưa ra định nghĩa thế năng trọng trường:
mgz
Wt = Với z là độ cao của vật so với vị trớ chọn gốc tớnh thế năng ( z=0 ) +) Cụng của lực đàn hồi: 2 1 2 2 2 1 12 2 2 Wđh Wđh kx kx A = - = -
Từ đú đưa ra định nghĩa thế năng đàn hồi:
2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2
kx
Wt = Với x là độ biến dạng của lũ xo
+) Đơn vị thế năng là: jun (J)
2.2.6. Định luật bảo toàn cơ năng.
Cơ năng gồm tổng động năng và thế năng của vật: W =Wt +Wđ
Thiết lập định luật bảo toàn cơ năng cho vật (hoặc hệ kớn) chỉ chịu tỏc dụng của lực thế: 2 2 1 1 đ t đ t W W W W + = +
Hai cỏch thể hiện định luật: W1 =W2 hoặc DWđ =-DWt
38 1 2 W W W Anl =D = -
2.3. Tỡm hiểu thực trạng dạy học chương “Cỏc định luật bảo toàn” – SGK Vật lý 10 nõng cao ở trường phổ thụng.
2.3.1. Mục đớch của việc tỡm hiểu thực tế:
Để giỳp tụi thu được những thụng tin về cỏc vấn đề:
Những thuận lợi và khú khăn của GV và HS trong quỏ trỡnh dạy – học chương này; Cơ sở vật chất, phương tiện, trang thiết bị thớ nghiệm và việc sử dụng nú trong quỏ trỡnh học chương này; Những biện phỏp, những phương phỏp cụ thể đó được GV sử dụng khi DH trong chương này, và những hiệu quả của nú; Phương phỏp học vật lý của HS ở trường THPT, cỏc mức độ, chủ động, tớch cực nhận thức và chất lượng nắm vững kiến thức vật lý của HS, với cỏc nguyờn nhõn ảnh hưởng của nú; Những sai lầm mà HS thường mắc phải trong quỏ trỡnh học chương này.
Trờn cơ sở cỏc thụng tin thu được tụi cú những thụng tin chớnh xỏc về nguyờn nhõn ảnh hưởng đến những mức độ chủ động, tớch cực trong hoạt động nhận thức và chất lượng nắm vững kiến thức vật lý của HS. Đồng thời trờn cơ sở thực tiễn đú để xõy dựng cỏc phương ỏn DH theo hướng nghiờn cứu của đề tài.
2.3.2. Cỏc phương phỏp điều tra đó sử dụng.
Trong quỏ trỡnh điều tra , tụi đó sử dụng cỏc phương phỏp sau: - Thăm dũ GV (dựng phiếu điều tra, trao đổi, dự giờ, xem giỏo ỏn).
- Điều tra HS ( dựng phiếu điều tra, xem vở ghi và cỏc bài kiểm tra, dự giờ, sử dụng cỏc cõu hỏi trắc nghiệm, trao đổi trực tiếp với HS).
- Tham quan cỏc phũng học, phũng thớ nghiệm vật lý, trao đổi với tổ trưởng bộ mụn, tổ chuyờn mụn, ban giỏm hiệu nhà trường.
2.3.3. Kết quả thu được thụng qua điều tra.
Tụi đó tỡm hiểu thực tế dạy và học vật lý của chương này tại một số trường THPT ở Đụng Anh Hà Nội (THPT Đụng Anh, THPT Cổ Loa, THPT Liờn Hà, THPT Võn Nội, THPT Bắc Thăng Long). Đó tiến hành điều tra với số lượng 21 giỏo viờn trực tiếp giảng dạy vật lý và 610 HS lớp 10, 11 và 12 (đú là những HS đó được học và
39
sắp được học chương “Cỏc định luật bảo toàn”) với cỏc kết quả như sau:
2.3.3.1. Cơ sở vật chất, phương tiện, thiết bị thớ nghiệm và việc sử dụng chỳng.
- Cơ sở vật chất: Nhỡn chung cỏc trường THPT đều cú cơ sở trường lớp tương đối rộng, cú khu lớp học, khu hiệu bộ, sõn chơi, sõn giỏo dục thể chất, phũng thớ nghiệm, phũng học đa năng…, tất cả được quy hoạch thống nhất trong khuụn viờn khộp kớn, rất thuận lợi cho nhiệm vụ dạy và học.
- Cỏc trường cú đủ số phũng học, và đảm bảo điều kiện cơ sở vật chất trong phũng học ( ỏnh sỏng, bàn ghế, bảng ), nhưng một số trường chưa đủ để HS học một ca ( THPT Đụng Anh, THPT Võn Nội ) việc triển khai học cú tỏch nhúm, cú thớ nghiệm đồng loạt hoặc sử dụng phương tiện DH hiện đại kết hợp với thớ nghiệm.
- Hầu hết cỏc trường đều chưa cú phũng học bộ mụn riờng, phũng thớ nghiệm cọn nhỏ, hẹp nờn một số thiết bị thớ nghiệm tuy đó được trang bị nhưng chưa cú đủ chỗ để lắp rỏp và đưa vào sử dụng.
- Phũng thớ nghiệm chưa được đầu tư thớch đỏng, phũng thớ nghiệm chỉ là kho chứa dụng cụ thớ nghiệm, tranh ảnh, bản đồ mỏy múc, phương tiện dạy học dựng chung cho nhiều mụn, chật chội; chưa cú nhõn viờn chuyờn trỏch để phụ trỏch phũng thớ nghiệm, nờn giỏo viờn phải tự tỡm , tự lắp giỏp chuẩn bị thớ nghiệm mang lờn phũng học nờn gặp rất nhiều khú khăn.
2.3.3.2.Về phương tiện, thiết bị thớ nghiệm phục vụ cho việc dạy học vật lớ.
Việc trang bị phương tiện, thiết bị thớ nghiệm đó được quan tõm, đầu tư theo quy định tối thiểu của Bộ Giỏo dục và Đào tạo xong chưa đồng bộ, nờn hiệu quả sử dụng khụng cao ( vỡ thiếu phũng bộ mụn và cỏc thiết bị đi kốm ). Một số thiết bị thớ nghiệm tương ứng với chương trỡnh SGK mới chưa cú do vậy giỏo viờn phải tự thiết kế thớ nghiệm.
40 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.4. Thuận lợi, khú khăn của giỏo viờn và học sinh khi dạy – học chương “Cỏc định luật bảo toàn” “Cỏc định luật bảo toàn”
2.3.4.1. Thuận lợi.
- HS: Đó quen với cỏc phương phỏp học theo chương trỡnh SGK mới như: phương phỏp thảo luận nhúm, thường xuyờn tiếp xỳc với cỏc phiếu học tập …
- GV: Đó được tham gia cỏc lớp hướng dẫn về chương trỡnh, SGK mới; tập huấn về đổi mới phương phỏp dạy học; hàng năm Sở Giỏo dục và Đào tạo, cỏc nhà trường tổ chức cỏc chuyờn đề chuyờn mụn bàn về chương trỡnh và SGK mới, về đổi mới phương phỏp giảng dạy …
- Chương trỡnh: Trong chương trỡnh cú nhiều kiến thức gắn liền với cỏc hiện tượng thực tế và được sử dụng nhiều cho cỏc nội dung tiếp theo của chương trỡnh vật lớ THPT.
2.3.4.2. Khú khăn.
- Kiến thức cơ bản của chương này hoàn toàn mới, tương đối khú, trừu tượng, nhiều hiện tượng vật lớ xảy ra nhưng rất nhanh, khú quan sỏt nhưng lại khụng cú thớ nghiệm minh họa hay kiểm chứng, ( đõy chớnh là một trong nhưng nguyờn nhõn ảnh hưởng đến chất lượng nắm vững kiến thức của HS ). Lượng kiến thức dành cho mỗi tiết học nhiều và khú ( theo ý kiến của 18/21 GV được trao đổi ).
- Cỏc thớ nghiệm cơ bản để dạy học chương này khụng cú, GV và HS tự thiết kế, chế tạo.
2.3.5. Những biện phỏp, phương phỏp mà giỏo viờn đó sử dụng.
Việc đổi mới phương phỏp dạy học là một yờu cầu cấp bỏch đối với nền giỏo dục nước nhà. Chớnh vỡ vậy mà hiện nay ngành giỏo dục đó quan tõm thớch đỏng tới việc dạy của GV và việc học của HS. Trong những năm học vừa qua, hầu hết cỏc GV đều được tham gia cỏc lớp tập huấn đổi mới phương phỏp dạy học và cỏc hội nghị thay SGK. Ở cỏc trường phổ thụng cỏc chuyờn đề đổi mới phương phỏp giảng dạy bộ mụn ở cỏc cấp tổ và cỏc cấp trường luụn được triển khai thường xuyờn trong năm học. Tại trường THPT Đụng Anh mỗi năm ở mỗi tổ chuyờn mụn luụn cú từ hai chuyờn đề
41
đổi mới phương phỏp dạy học của thầy và trũ trở lờn. Nhưng chưa cú chuyờn đề nào đề cập đến việc đổi mới phương phỏp dạy và học chương “Cỏc định luật bảo toàn” của vật lớ 10 nõng cao, với lượng kiến thức nhiều và mới so với chương trỡnh SGK cũ.
Phương phỏp mà GV sử dụng trong phần này chủ yếu là: vấn đỏp – đàm thoại (100%); trong đú cú 81% diễn giảng minh họa. Cũn cỏc phương phỏp khỏc được sử dụng rất ớt.
Cỏc thớ nghiệm cơ bản của chương này khụng cú ( thớ nghiệm kiểm chứng của định luật bảo toàn động lượng )
Từ đú ta cú thể thấy rằng đa phần GV chỉ dừng lại ở việc truyền thụ đỳng, đủ kiến thức như SGK cho HS, mà chưa chỳ ý đến việc phỏt triển cỏc năng lực khỏc ở HS trong quỏ trỡnh dạy học.
2.3.6.Mức độ nắm vững kiến thức và những sai lầm của HS thường mắc phải khi học chương cỏc định luật bảo toàn.
Để tỡm hiểu mức độ nắm vững kiến thức và những sai lầm mà HS thường mắc phải sau khi học chương cỏc định luật bảo toàn, tụi đó tiến hành điều tra, và kiểm tra kiến thức của HS cỏc lớp 11, 12 và trao đổi với GV, HS kết quả thu được như sau:
- HS hiểu về hệ kớn khụng đỳng theo định nghĩa (60%) HS, nờn khi giải cỏc bài toỏn về hệ vật HS thường lỳng tỳng và giải thớch sai cỏc hiện tượng.
- Phần lớn HS khụng nắm được ý nghĩa động lượng nờn khi gặp cỏc hiện tượng, cỏc bài tập định tớnh HS thường khụng giải thớch được, hoặc những bài toỏn va chạm cỏc hiện tượng thường xảy ra rất nhanh thỡ HS thường lỳng tỳng khụng biết ỏp dụng định luật nào để giải quyết.
- Sai lầm nữa mà HS thường mắc phải là thường nhầm giữa chuyển động bằng phản lực (ỏp dụng định luật bảo toàn động lượng), với lực và phản lực của định luật III Newton, cỏc em đều cho rằng do tương tỏc mà một vật chuyển động được là đều nhờ phản lực.
- Việc vận dụng kiến thức vào cỏc bài toỏn tổng quỏt thường mắc sai lầm. Cỏc em khụng biết khi nào sử dụng định lớ động năng, định lớ thế năng, khi nào sử dụng
42 định luật bảo toàn cơ năng.
- HS thường chưa chỳ ý đến việc chọn gốc tớnh thế năng nờn cú những bài toỏn phải tớnh toỏn rất phức tạp và dễ dẫn đến sai lầm.
2.3.7. Những hiểu biết, quan niệm sẵn cú của HS trước khi học chương “Cỏc định luật bảo toàn”.
2.3.7.1. Tiến hành điều tra:
Để nắm được những hiểu biết, những quan niệm sẵn cú của HS trước khi học chương cỏc định luật bảo toàn, tụi đó tiến hành điều tra để tỡm hiểu những QNS hoặc chưa đầy đủ của HS, theo cỏc bước sau:
Bước 1: Điều tra 132 HS của 3 lớp 10 ở 3 trường khi chuẩn bị học đến chương IV – Cỏc định luật bảo toàn. Với cỏch thức phỏt phiếu điều tra để HS trả lời trong 15 phỳt những cõu hỏi mà tụi đưa ra về những vấn đề mà trước đú cỏc em chưa được học,
Bước 2: Để khẳng định sự tồn tại của cỏc QNS hoặc chưa đầy đủ này của HS tụi tiếp tục điều tra bằng phiếu trắc nghiệm ở 4 lớp (183HS) lớp 11 và 12 tại 3 trường.
Bước 3: Trao đổi với cỏc thầy cụ dạy mụn vật lớ ở cỏc trường THPT để bổ sung về sự tồn tại cỏc QNS hoặc chưa đầy đủ này của HS.
Những hiểu biết, quan niệm của HS về cỏc vấn đề sau được điều tra: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Quan niệm của HS về hệ kớn, về động lượng.
- Đại lượng đặc trưng cho sự truyền tương tỏc giữa cỏc vật chuyển động.
- í nghĩa vật lớ của động lượng, sự biến thiờn động lượng.
- Xõy dựng định luật bảo toàn động lượng cho hệ kớn gồm 2 vật.
- Nguyờn tắc chuyển động bằng phản lực.
- Điều kiện để vận dụng định luật bảo toàn cơ năng.
- Điều kiện để vận dụng định lớ động năng và định lớ thế năng.
2.3.7.2. Kết quả điều tra
Từ thực nghiệm tụi chỉ tổng hợp những cõu trả lời cú biểu hiện của cỏc QNS hoặc chưa đầy đủ mang tớnh phổ biến được tụi thống kờ trong bảng sau:
43 Tỉ lệ số người cú quan niệm tương ứng S T T
Cõu hỏi hoặc chủ đề QNS hoặc quan niệm đỳng
nhưng chưa đầy đủ HS lớp 10
(chưa học) 12 (đó học) HS lớp 11, Hệ vật là hệ kớn thỡ vật khụng liờn quan đến cỏc vật ở bờn ngoài hệ 132 17 183 12 1 Hệ vật như thế nào là hệ kớn Hệ vật là hệ kớn thỡ trong hệ chỉ cú cỏc vật trong hệ tương tỏc với nhau, nếu cú ngoại lực thỡ ngoại lực gõy ra gia tốc cho hệ
132 12
183 19
Động lượng của mỗi vật trong
hệ kớn luụn luụn khụng đổi 132 34
183 30
Động lượng Động lượng của một hệ kớn