8. Cấu trỳc của luận văn
2.5.3. Bài thứ ba: Định luật bảo toàn cơ năng
2.5.3.1. Mục tiờu bài giảng
a) Về kiến thức:
+) Nắm được khỏi niệm cơ năng gồm tổng động năng và thế năng của vật. +) Biết cỏch thiết lập định luật bảo toàn cơ năng trong cỏc trường hợp lực tỏc dụng là trọng lực và lực đàn hồi. Từ đú mở rộng thành định luật tổng quỏt khi lực tỏc dụng tỏc dụng là lực thế núi chung;
b) Về kĩ năng: bố trớ thớ nghiệm, quan sỏt tỉ mỷ, chớnh xỏc; Sử dụng phần mềm tin học là cỏc thiết bị DH hiện đại khỏc; Giải thớch cỏc hiện tượng vật lý; Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng để giải một số bài toỏn đơn giản trong trường hợp trọng lực, lực đàn hồi.
c) Về thỏi độ: HS phải cú thỏi độ hứng khởi trong học tập, trung thực, khỏch quan, hợp tỏc, biết lắng nghe ý kiến người khỏc và tham gia chủ động tớch cực để xõy dựng kiến thức mới.
2.5.3.2. Chuẩn bị bài giảng
a) Điều tra hiểu biết, quan niệm của HS, tổ chức cho HS trả lời cỏc cõu hỏi sau: (Phụ lục 4)
76
b) Dự kiến cỏc phương phỏp trả lời của học sinh (đặc biệt chỳ ý khai thỏc cõu trả lời của HS liờn quan đến cõu hỏi 1, 2 và 3
c) Xỏc định mục tiờu nghiờn cứu: Trờn cơ sở kết quả điều tra quan niệm, hiểu biết của HS , chỳng tụi nghiờn cứu quỏ trỡnh tổ chức DH một số nội dung kiến thức của bài.
2.5.3.3. Dự kiến xõy dựng phương ỏn DH. Về nội dung: chia bài giảng thành
04 ĐVKT
ĐVKT 1: Tỡm hiểu khỏi niệm cơ năng;
ĐVKT 2: Xõy dựng định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp trọng lực; ĐVKT 3: Xõy dựng định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp lực đàn hồi; ĐVKT 4: Tỡm hiểu sự biến thiờn cơ năng và so sỏnh với cụng của lực khụng thế
Trong đú:
Những ĐVKT chỉ mang tớnh thụng bỏo và lóm rừ : 1 và 4.
Những ĐVKT sẽ tổ chức cho HS tự xõy dựng theo lý thuyết kiến tạo: 2 và 3
2.5.3.4. Chuẩn bị thớ nghiệm thực hành
a) GV:
(*) Chuẩn bị phương tiện dạy học: Mỏy tớnh và mỏy chiếu đa năng Projector; thớ nghiệm mụ phỏng chuyển động của con lắc đơn bằng phần mềm Crocodile Physics; dụng cụ làm thớ nghiệm biểu diễn gồm: một con lắc đơn, một con lắc lũ xo, hỡnh 37.1 và 37.4.a phúng to.
(*) Điều tra hiểu biết, quan niệm của HS: GV cần tổ chức cho HS trả lời cỏc cõu hỏi sau: (7 phỳt).
b) HS: ễn lại kiến thức về động năng và thế năng, định lý động năng, định lý thế năng; Khỏi niệm lực thế và lực khụng thế. Thế năng đàn hồi, thế năng trọng trường; Chuẩn bị và lắp rỏp thiết bị phục vụ giờ học. Tham gia thiết kế thớ nghiệm mụ phỏng dao động của con lắc đơn bằng
77 phần mềm Crocodile Physics.
2.5.3.5. Thiết kế hoạt động DH
Hoạt động của HS Trợ giỳp của GV
Hoạt động 1: Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phỏt. Đề xuất vấn đề.
Cỏ nhõn trả lời cõu hỏi.
Cõu trả lời mong đợi:
2 2 d 1 1 , 2 dh 2 W = mv W = kx tt W =mgz
- Nhận xột mong đợi: khi vật rơi tự do thỡ động năng tăng và thế năng giảm. Cú nghĩa làm xuất hiện tỡnh huống DH: cú sự biến đổi qua lại giữa thế năng và động năng và từ đú xuất hiện vấn đề cần tỡm hiểu quy luật của sự biến đổi qua lại này.
GV hỏi:
- Viết biểu thức tớnh động năng và thế năng.
- Nờu vớ dụ một vật vừa cú động năng vừa cú thế năng.
GV cho HS quan sỏt dao động của con lắc đơn và con lắc lũ xo bằng phần mềm Crocodile Physics.
- Nhận xột sự biến đổi của động năng và thế năng của vật rơi tự do?
GV đặt vấn đề: Sự tăng giảm đú cú tuõn theo quy luật nào khụng?
Hoạt động 2. (8 phỳt)
Xõy dựng định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp trọng lực
Kết quả mong đợi:
- HS chỉ ra được vật rơi tự do chỉ dưới tỏc dụng của trọng lực.
- Dựng định lý động năng để xỏc định được cụng của trọng lực bằng độ tăng động năng của vật đồng thời cụng này lại bằng độ giảm thế năng của vật trong trọng trường.
- Tổng động năng và thế năng khụng
- GV dựng hỡnh vẽ 37.2 để mụ tả quỏ trỡnh vật đang rơi tự do. Yờu cầu HS: + Phõn tớch lực tỏc dụng lờn vật. + Xỏc định cụng do trọng lực. + So sỏnh tổng động năng và thế năng tại cỏc điểm A và B.
78
Hoạt động của HS Trợ giỳp của GV
đổi.
Kết quả mong đợi:
- HS thu được biểu thức mụ tả định luật bảo toàn cơ năng cho trường hợp vật chỉ chịu tỏc dụng của trọng lực. ( ) 2 2 1 1 2 2 1 1 1 2mv +mgz = 2mv +mgz
- Phỏt biểu nội dung định luật như trong SGK. Cú thể biến đổi (1) về dạng của
định lý động năng như sau:
( )( ) 2 2 2 1 1 2 1 1 2 2mv -2mv =mg z -z
Vế trỏi của (2): độ biến thiờn động năng, vế phải chớnh là cụng của trọng lực. Đõy chớnh là vấn đề "lúe sỏng" trong nhận thức vấn đề đối với cỏc em như đó phõn tớch ở trờn.
- Trả lời được cõu hỏi C1 trong SGK. Cỏ nhõn làm việc với phiếu học tập. Cỏc kết quả mong muốn:
+ Xỏc định được động năng và thế năng của vật tại cỏc vị trớ yờu cầu.
+ Nhận xột được tại lần lượt cỏc độ cao động năng tăng dần, thế năng giảm dần nhưng tổng của chỳng khụng đổi. Cỏ nhõn tiếp thu ghi nhớ.
- GV dựng hỡnh vẽ 37.3 để mụ tả định luật bảo toàn cơ năng. Yờu cầu HS nắm được:
+ Giỏ trị động năng tăng bao nhiờu thỡ thế năng giảm bấy nhiờu và ngược lại. + Tổng động năng và thế năng gọi là cơ năng của vật.
+ Trả lời cõu hỏi C1 và làm việc với phiếu học tập số 1.
(Qua rỳt kinh nghiệm thụng qua giờ thực nghiệm: trong trường hợp xột thấy khụng đủ thời gian thỡ phiếu học tập số 1 trở thành bài tập giao về nhà).
Hoạt động 3. (5 phỳt)
Xõy dựng định luật bảo toàn cơ năng
- GV đặt vấn đề: Trọng lực tỏc dụng lờn vật rơi tự do là lực thế, lưc đàn hồi của lũ
79
Hoạt động của HS Trợ giỳp của GV
trong trường hợp lực đàn hồi, Suy ra định luật bảo toàn cơ năng tổng quỏt (lũ so nằm trong giới hạn đàn hồi).
Kết quả mong đợi:
- HS chỉ ra được: nếu bỏ qua ma sỏt thỡ vật chuyển động dưới tỏc dụng của lực đàn hồi và trọng lực nhưng chỉ cú lực đàn hồi sinh cụng (trọng lực vuụng gúc với phương dịch chuyển nờn khụng sinh cụng).
- Tương tự như trờn, ta thu được:
2 2 1 1 ons 2 2 d dh W =W =W = mv + kx =c t
- Xỏc định được động năng và thế năng đàn hồi tại vị trớ biờn và vị trớ cõn bằng. - Nhận xột: trong quỏ trỡnh chuyển động, khi động năng tăng thỡ thế năng giảm và ngược lại nhưng cơ năng được bảo toàn.
- Trọng lực và lực đàn hồi là những lực thế.
- Phỏt biểu định luật bảo toàn cơ năng tổng quỏt cho trường hợp vật chỉ chịu tỏc dụng của lực thế.
xo cũng là lực thế. Vậy trong hệ kớn, vật chuyển động dưới tỏc dụng của lực đàn hồi thỡ cơ năng cú được bảo toàn khụng? - GV sử dụng hỡnh 37.4 để mụ tả chuyển động của vật dưới tỏc dụng của lực đàn hồi. Yờu cầu HS:
+ Phõn tớch lực tỏc dụng lờn vật. + Xỏc định được cơ năng của vật tại vị trớ bất kỡ, vị trớ cõn bằng và tại cỏc vị trớ biờn.
- Phương phỏp giảng: tương tự. - Yờu cầu HS trả lời C2.
Hoạt động 4: Tỡm mối liờn hệ giữa độ biến thiờn cơ năng với cụng của lực khụng phải là lực thế (2 phỳt)
Kết quả mong đợi:
- GV đặt vấn đề: Nếu vật chịu tỏc dụng của những lực khụng phải là lực thế, vớ dụ như lực ma sỏt, thỡ cơ năng của vật khụng được bảo toàn. Khi đú độ biến
80
Hoạt động của HS Trợ giỳp của GV
- HS hiểu được rằng: trong quỏ trỡnh chuyển động ngoài lực thế vật cũn chịu tỏc dụng của lực khụng thế.
- Hiểu được biểu thức 37.5 và 37.7
A12 (lực khụng thế) + A12 (lực thế) = Wđ2 - Wđ1 A12 (lực khụng thế) = W2 - W1 = DW
- Khi vật chịu tỏc dụng của lực khụng phải là lực thế, cơ năng của vật khụng bảo toàn và cụng của lực này bằng độ biến thiờn cơ năng của vật.
thiờn của cơ năng của vật được xỏc định như thế nào? Cú mối liờn hệ gỡ với cụng của lực đú khụng?
- Yờu cầu HS theo dừi biến đổi biểu thức 37.5 để thu được biểu thức 37.7 trong SGK.
- GV thụng bỏo: Khi núi cơ năng khụng bảo toàn cú nghĩa một phần cơ năng đó chuyển húa thành dạng năng lượng khỏc nhưng tổng năng lượng thỡ luụn khụng đổi – định luật bảo toàn năng lượng.
Hoạt động 5: Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng (10 phỳt)
Kết quả mong muốn: - Phõn tớch được lực tỏc dụng lờn vật gồm trọng lực P và lực căng T và hợp lực luụn biến đổi
trong khi vật dao động.
- Vẫn cú thể ỏp dụng được định luật bảo toàn cơ năng do lực căng T khụng sinh cụng.
- Bỡnh luận: HS phải hiểu rừ được PP sử dụng định luật bảo toàn cơ năng là đơn giản nhưng khụng thể thay thế được PP
GV yờu cầu HS làm BT tập vận dụng ở SGK.
Định hướng của GV:
- Vật chịu những lực nào tỏc dụng? Trong đú lực nào sinh cụng, lực nào khụng sinh cụng?
- Lực sinh cụng cú phải là lực thế khụng? - Cú thể ỏp dụng định luật nào để giải bài toỏn? Tại sao?
Thụng bỏo: Nếu muốn tỡm lực căng của dõy treo con lắc thỡ vẫn phải ỏp dụng định luật II Niutơn. Cho nờn phương phỏp dựng định luật bảo toàn là đơn giản nhưng khụng thể thay thế hoàn toàn được phương phỏp động lực học. Hai phương phỏp này cú thể bổ xung cho nhau.
81
Hoạt động của HS Trợ giỳp của GV
động lực học. Đõy chớnh là những vấn đề cần phõn tớch khắc sõu để xuất hiện sự "lúe sỏng" trong HS.
Phương phỏp: Do SGK đó cú lời giải cụ
thể cho nờn giao cho HS tự nghiờn cứu lời giải SGK.
Hỗ trợ của GV: Giỳp HS phõn tớch lực tỏc dụng lờn vật; hướng giải quyết bài toỏn.
Hoạt động 6.
Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo.
Cỏ nhõn trả lời cõu hỏi và nhận nhiệm vụ học tập.
Cụng việc giao cho HS về nhà: - Bài tập về nhà: bài 1, 2, 3 SGK.
- ễn lại định luật bảo toàn động lượng, và cỏch làm bài tập.
2.5.3.6. Cõu hỏi trắc nghiệm: Sử dụng mỏy chiếu đa năng để yờu cầu HS trả lời cỏc cõu hỏi trắc nghiệm sau: (phụ lục 5)
82
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Trờn cơ sở lý luận và thực tiễn của việc vận dụng LTKT trong dạy học vật lý ở cỏc trượng THPT, chương này tụi đó tiến hành nghiờn cứu và thực nghiệm. Kết quả cụ thể như sau:
*) Nghiờn cữu caaud trỳc nội dung, loogic hỡnh thành phỏt triển kiến thức chương cỏc định luật bảo toàn; Mức độ yờu cầu về kiến thức, kĩ năng và thỏi độ cần hỡnh thành, phỏt triển ở HS khi DH phần này.
*) Tỡm hiểu thực trạng DH vật lớ ở trường phổ thụng, chỉ ra được những khú khăn của GV và HS khi dạy – học chương này.
*) Tỡm hiểu những hiểu biết và quan niệm sẵn cú của HS hiểu về cỏc định luật bảo toàn trong chương trỡnh vật lớ 10. Xỏc định một số QNS của HS khi học chương cỏc định luật bảo toàn.
83
CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1. Mục đớch, nội dung TNSP.
3.1.1. Mục đớch của thực nghiệm sư phạn
TNSP được tiến hành nhằm kiểm tra tớnh khả thi và hiệu quả của việc tổ chức DH vật lý theo quan điểm kiến tạo vào thiết kế tiến trỡnh DH một số nội dung kiến thức chương “Cỏc định luật bảo toàn” cho học sinh đại trà tại trường THPT. Cụ thể trong đợt thực nghiệm này tụi muốn xem xột mức độ nắm vững tri thức và hứng thỳ của HS trong quỏ trỡnh học tập vật lý tại cỏc trường THPT theo quan điểm sỏng tạo.
3.1.2. Nội dung thực nghiệm
Tụi tiến hành TNSP 3 tiết của chương "Cỏc định luật bảo toàn" trong chương trỡnh SGK Vật lý lớp 10 - Nõng cao (NXB Giỏo dục năm 2006) của nhúm tỏc giả Nguyễn Thế Khụi - Phạm Quý Tư - Lương Tất Đạt - Lờ Chõn Hựng - Nguyễn Ngọc Hưng - Phạm Đỡnh Thiết - Bựi Trong Tuõn - Lờ Trọng Tường.
3.1.3. Tổ chức thực nghiệm
- Thời gian từ 18/02/2012 đến 29/02/2012.
3.2. Đối tượng và phương phỏp thực nghiệm sư phạm.
3.2.1. Đối tượng TNSP:
- Chọn mẫu thực nghiệm: Căn cứ vào mục đớch TNSP, tụi lựa chọn đối tượng TNSP là HS lớp 10 ban khoa học tự nhiờn của 3 trường phổ thụng THPT của Huyện Đụng Anh – Hà Nội. Đú là:
+ Trường THPT Đụng Anh: lớp thực nghiệm 10A2; đối chứng 10A3; + Trường THPT Bắc Thăng Long: lớp thực nghiệm 10A4; đối chứng 10A5;
84
+ Trường THPT Liờn Hà: lớp thực nghiệm 10A6; đối chứng 10A7.
Đặc điểm cụ thể của HS lớp đối chứng và lớp thực nghiệm được tổng hợp trong bảng sau:
Kết quả học lực mụn Vật lý lớp 10 kỳ I (năm học 2011 - 2012)
Nguồn số liệu: bỏo cỏo tổng kết HKI cỏc trường (Lớp TN luụn cú vẻ nhỉnh hơn lớp ĐC một chỳt !)
Kết quả học kỳ 1 mụn Vật lý 10 Trường
THPT Lớp Số HS
Khỏ, giỏi Trung bỡnh Yếu, kộm
TN: 10A2 48 23 24 1
THPT Đụng
Anh ĐC: 10A3 49 21 26 2
TN: 10A4 44 20 21 3
THPT Bắc
Thăng Long ĐC: 10A5 44 18 22 4
TN: 10A6 45 26 18 1
THPT Liờn
Hà ĐC: 10A7 44 22 20 2
3.2.2. Nhiệm vụ và phương phỏp TNSP 3.2.2.1. Phương phỏp TNSP
a) Phương phỏp điều tra cơ bản
Để chuẩn bị cho quỏ trỡnh TNSP, tụi sử dụng phương phỏp tham quan thực tế, trao đổi phỏng vấn với cỏn bộ quản lý, với GV và HS, dựng phiếu trắc nghiệm và lớp đối chứng phự hợp với mục tiờu nghiờn cứu của đề tài và chuẩn bị những thụng tin, điều kiện cần thiết phục vụ cho quỏ trỡnh TNSP.
b) Phương phỏp tiến hành: Lớp TNSP được tiến hành song song với lớp đối chứng. Lớp thực nghiệm và lớp đối chứng đều do cựng một GV dạy. Giỏo ỏn của lớp thực nghiệm do tụi soạn theo mục tiờu nghiờn cứu của đề tài, giỏo ỏn của lớp đối chứng do GV hợp tỏc tự soạn theo phương phỏp truyền thống vẫn sử dụng.
c) Phương phỏp thu thập những thụng tin làm căn cứ cho việc đỏnh giỏ cỏc mục tiờu nghiờn cứu của đề tài.
85
- Quan sỏt cỏc giờ học ở cỏc lớp thực nghiệm và đối chứng đều được tụi dự giờ và ghi nhận đầy đủ hoạt động của GV và HS nhằm đối chứng so sỏnh giữa phương phỏp DH cú vận dụng LTKT ở lớp thực nghiệm và phương phỏp DH truyền thống ở lớp đối chứng về những tiờu chớ sau:
+ Sự thay đổi, phỏt triển những hiểu biết, quan niệm sẵn cú của HS trong quỏ trỡnh học tập.
+ Sự chủ động, tớch cực, tự lực của HS trong quỏ trỡnh học tập.
+ Sự phỏt triển của tư duy và cỏc kỹ năng vật lớ trong quỏ trỡnh học tập.
- Tổ chức kiểm tra, đỏnh giỏ chất lượng nắm vững kiến thức và mức độ bền vững của kiến thức mà HS đó học, thụng qua cỏc bài kiểm tra ngay sau mỗi giờ học và bài kiểm tra chung cho cả 3 giỏo ỏn đó thực nghiệm sau khi học xong 3 tuần. Kiểm tra được tiến hành cả lớp thực nghiệm và lớp bồi chứng cựng một vấn đề, cựng thời gian.
- Trao đổi với GV và HS sau mỗi giờ học, để phõn tớch, tổng kết, kiểm chứng