7. Đóng góp của đề tài
3.2.2. Phân tích diễn biến của các giờ học trong thực nghiệm sư phạm
a) Tiết 1: Cấu tạo chất. thuyết động học phân tử chất khí
Học sinh được nhắc lại về thuyết cấu tạo chất đã học ở lớp 8, học sinh được yêu cầu giải thích câu hỏi C1, C2 để làm rõ nội dung “lực tương tác phân tử”
C1: Tại sao cho hai thỏi chì có mặt đáy phẳng đã được mài nhẵn tiếp xúc với nhau thì chúng hút nhau? Tại sao hai mặt không được mài nhẵn thì lại không hút nhau?
C2: Tại sao có thể sản xuất thuốc viên bằng cách nghiền nhỏ dược phẩm cho vào khuôn nén mạnh? Nếu bẻ đôi viên thuốc rồi dùng tay ép sát hai mảnh lại thì hai mảnh không thể dính liền với nhau?
Khoảng 60% học sinh đều đưa ra ý kiến ở câu hỏi C1: hai thỏi chì mài thật nhẵn tiếp xúc nhau thì khoảng cách giữa các phân tử là nhỏ, lực hút chiếm ưu thế. Điều này không xảy ra nếu mặt tiếp xúc không mài nhẵn. Và các em giải thích tương tự với câu C2. Tất cả các em đều rút ra được từ hai câu hỏi trên là giữa các phân tử có lực hút và lực này chỉ đáng kể khi các phân tử ở rất gần nhau. Học sinh được yêu cầu lấy ví dụ về lực đẩy. khoảng 40% học sinh tham gia phát biểu ý kiến và nêu được ví dụ: có thể nén khí, nhưng không thể nén chất lỏng, chất rắn…
Sau khi được thông báo về thuyết động học phân tử chất khí, một số học sinh đặt câu hỏi: chuyển động hỗn loạn là chuyển động như thế nào? Nó có đặc điểm gì? Để trả lời câu hỏi này, giáo viên giới thiệu ngắn gọn cho học sinh lịch sử hình thành thuyết động học phân tử, với một mốc quan trọng là khi nhà bác học người Anh Brao (Brown) quan sát thấy chuyển động hỗn loạn không ngừng của các hạt phấn hoa qua kính hiển vi, phản ánh gián tiếp chuyển động hỗn loạn không ngừng của các phân tử thì Thuyết động học phân tử mới bắt đầu được coi là một thuyết khoa học.
Sau đó giáo viên cho học sinh quan sát thí nghiệm chuyển động Brao của các hạt lưu huỳnh trong dung dịch chất lỏng. Học sinh đại diện của các nhóm lên quan sát, sau đó miêu tả lại chuyển động cho các bạn trong nhóm. Sau đó đến cuối giờ, đến phần củng cố, các bạn còn lại sẽ lần lượt lên xem. Sau khi quan sát các em đều
có nhận xét: Chuyển động Brao là không ngừng theo thời gian và hỗn loạn về phương và độ lớn của độ dời. Giáo viên mở rộng thêm cho học sinh: Ta đã biết rằng trong chuyển động đều độ dời x tỉ lệ với thời gian t, nghĩa là x ∼ t, còn trong chuyển động biến đổi đều x ~ t2. Thế nhưng, trong chuyển động Brao, độ dời của hạt Brao được mô tả bằng một định luật mới đối với học sinh do Anh-xtanh và Xờ-mô-lu-kô- xki tìm ra. Có thể trình bày định luật này trong bài học với dung lượng như sau:
Độ dời của hạt Brao sau những khoảng thời gian bằng nhau là không bằng nhau. Nếu chiếu các độ dời này lên một trong các trục tọa độ, thí dụ trục x, lấy bình phương ( )2
x
∆ của mỗi độ dời ∆xvà tính giá trị trung bình của các bình phương độ dời ( )2
x
∆ thì theo định luật này ta có: ( )2 x t ∆ hay ( )2 ~ x t ∆
Tiếp theo ta rút ra kết luận: chuyển động của hạt Brao là hỗn loạn, các va chạm là ngẫu nhiên, nhưng dịch chuyển của các hạt tuân theo một định luật xác định. Giáo viên khái quát vấn đề: đối với chất khí chuyển động Brao cũng tương tự như vậy. Chất khí có tính linh động hơn, và khi va chạm vào thành bình tạo nên áp suất.
Học sinh quan sát thí nghiệm bình điều khiển rượu chảy ra của Hê-rôn và trả lời câu hỏi vì sao khi rót nước vào bình (1) thì nước màu đỏ ở bình (2) lại chảy ra ngoài? Học sinh ở các nhóm tham gia tranh luận sôi nổi, đa số các em đều giải thích được là khi rót nước vào bình (1) nước choán thể tích của không khí, do không khí có tính linh động nên di chuyển qua bình (2) và tạo áp suất đẩy nước ở bình (2) ra ngoài.
Sau cùng học sinh xem thí nghiệm minh họa sự phụ thuộc vận tốc của các phân tử vào nhiệt độ. Cho xi-lanh đầu có áp kế vào hai cốc nước nóng và nước lạnh cho học sinh quan sát, sau đó thảo luận trả lời câu hỏi vì sao khi đưa xi-lanh vào cốc nước nóng thì số chỉ áp kế lại tăng lên? Còn khi đưa vào cốc nước lạnh thì số chỉ áp kế lại giảm? Học sinh thảo luận nhóm, khoảng 70% học sinh có vận dụng Thuyết động học phân tử đề trả lời câu hỏi: khi cho vào cốc nước nóng thì nhiệt độ của khối
khí trong xi-lanh tăng, các phân tử khí chuyển động nhanh hơn, va chạm với thành bình nhiều hơn làm áp suất tăng lên; trường hợp để vào cốc nước lạnh thì nhiệt độ giảm, vận tốc chuyển động của các phân tử khí giảm, ít va chạm với thành bình làm áp suất giảm.
b) Tiết 2: Quá trình đẳng tích. Định luật Sác-lơ.
Ở bài này học sinh làm việc trên phiếu học tập (phụ lục 1).
Bài học được mở đầu bằng thí nghiệm đơn giản cho làm cho quả trứng đã luộc chín chui tọt vào bình thủy tinh để tạo hình huống có vấn đề cho học sinh đồng thời tạo điều kiện cho học sinh nêu vấn đề cần giải quyết.
Sau khi phân tích thí nghiệm để làm nổi bật lên vấn đề cần giải quyết, học sinh dựa vào Thuyết động học phân tử chất khí để đưa ra giả thuyết, và đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết. Trong quá trình thảo luận, có nhóm đã đề nghị phương án thí nghiệm trong sách giáo khoa, các nhóm còn lại đều thấy rằng phương án đó là không khả thi, vì trong quá trình đun nước sôi nhiệt độ tăng rất nhanh, rất khó đọc giá trị áp kế. Một học sinh nhóm khác đề xuất dùng nước sôi đổ vào từ từ nước lạnh để thay đổi nhiệt độ. Giáo viên hiện thực hóa ý tưởng này bằng bộ dụng cụ đã chuẩn bị sẵn. Cho hai học sinh xung phong lên làm thí nghiệm, rồi ghi số liệu lên bảng cho cả lớp cùng xử lý. Sau đó cho hai bạn khác lên thực hiện lại. Lần thứ nhất sai số tỉ đối là 3,7%, lần thứ hai sai số tỉ đối là 3,6%. Giáo viên tổng hợp kết quả và rút ra định luật.
Để củng cố kiến thức, giáo viên biểu diễn thí nghiệm làm cho nước dâng lên trong bình kín để học sinh giả thích trong phiếu học tập.
Kết quả cho thấy 84% học sinh giải thích đúng hiện tượng, 16% học sinh giải thích chưa rõ ràng do dùng ngôn ngữ không chính xác.
c) Tiết 3,4, 5: Các nguyên lý của nhiệt động lực học
Học sinh được giao việc về nhà tìm hiểu về động cơ Stirling ở bài học trước. Bài học được mở đầu với sự giới thiệu tổng quát về động cơ nhiệt. Sau đó, giáo viên biểu diễn trước lớp hai động cơ Stirling, gồm một động cơ hoạt động với nguồn nóng là cốc nước sôi và một động cơ hoạt động với nguồn nóng được đun
trực tiếp từ đèn cồn, giáo viên chỉ rõ các bộ phận chính của động cơ Stirling. Từ đó, giáo viên đặt ra cho học sinh vấn đề: “Với cấu tạo đơn giản như trên, động cơ Striling hoạt động bằng cách nào?”. Sau đó, giới thiệu các khái niệm Vật lý mà học sinh sẽ được học từ động cơ Stirling.
Các khái niệm Vật lý như: động cơ nhiệt, công, nội năng, hiệu suất… được giải thích rõ ràng thông qua các slide trình chiếu của Powerpoint, sử dụng nhiều hình ảnh giúp học sinh dễ dàng hiểu được các khái niệm Vật lý. Ứng với mỗi khái niệm, học sinh trả lời ít nhất một câu hỏi để làm rõ ý nghĩa Vật lý. Ví dụ, học sinh sẽ được xem một loạt các giản đồ p – V và phải xác định giản đồ nào ứng với quá trình biến đổi sinh công nhiều nhất.
Để củng cố lại kiến thức, học sinh thuyết trình trước lớp những nội dung đã tìm hiểu ở nhà về động cơ Stirling. Mỗi nhóm cử đại diện lên thuyết trình, sau đó trả lời câu hỏi mà các nhóm khác nêu ra. Buổi thuyết trình diễn ra rất sôi nổi, các nhóm đều chuẩn bị rất tốt phần thuyết trình của mình.