8. Cấu trúc của luận văn
2.3.2.2. Các thí nghiệm cần cải tiến
Thí nghiệm : Nghiệm lại Định luật II Niu-tơn
- Nguyên nhân cải tiến: Do trong phòng TN nhà trường không có bộ TN để nghiệm lại định luật II Niu-tơn, chúng tôi đã kết hợp sử dụng các dụng cụ thí nghiệm có sẵn trong nhà trường để cải tiến thành bộ thí nghiệm đồng hồ rung với mục đích nghiệm lại định luật II Niu-tơn và nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng.
- Dụng cụ: Thiết bị đồng hồ rung, máng nhôm có rãnh, các xe lăn và gia trọng, các băng giấy.
- Tiến hành thí nghiệm:
+ Bố trí thí nghiệm như hình vẽ. + Xác định khối lượng của xe lăn. + Gắn xe lăn vào một lò xo nhẹ
(hoặc một dây chun đàn hồi), đầu kia nối với 1 sợi dây không co giãn, khối lượng không đáng kể. Treo một quả nặng vào đầu dây còn lại và vắt qua một ròng rọc gắn ở đầu máng nhôm có rãnh.
+ Nghiêng dần đầu A của máng nhôm để khử ma sát thì dưới tác dụng duy nhất của lực đàn hồi xe sẽ chuyển động nhanh dần đều.
+ Gắn một đầu băng giấy vào xe, băng giấy được luồn qua ròng rọc của đồng hồ rung.
+ Cắm phích lấy điện của đồng hồ rung, thả tay giữ xe ra, xe sẽ chuyển động nhanh dần đều.
45
+ Tăng tác dụng lực vào xe gấp đôi lúc trước bằng cách mắc thêm 1 lò xo thứ 2 (hoặc dây chun thứ 2) giống hệt lò xo ban đầu và song song với nó, tăng thêm quả nặng ở đầu dây sao cho độ dài của mỗi lò xo lúc này bằng độ dài của lò xo lúc trước. Mắc băng giấy vào xe và thực hiện thí nghiệm.
+ Để đo gia tốc của chuyển động nhanh dần đều này, ta chọn những khoảng thời gian liên tiếp là t = 0,1s (hoặc 0,2s) và xác định hiệu các quãng đường đi được ∆l (bằng cách đo những khoảng cách của các dấu chấm mực liên tiếp nhau trên băng giấy). Gia tốc của chuyển động được xác định bằng công thức
2 l a t .
- Kết luận: a tỉ lệ với F thì định luật II Niu-tơn được nghiệm đúng.
Hình 2.5: Thí nghiệm với đồng hồ rung
2.3.2.3. Các thí nghiệm đƣợc chế tạo
Thí nghiệm 1: Thí nghiệm lịch sử Ga-li-lê.
- Mục đích: Đây là thí nghiệm chế tạo để nghiên cứu chuyển động của vật khi không chịu các lực tác dụng hoặc hợp lực tác dụng lên vật bằng không.
- Dụng cụ: máng nhựa trơn và nhẵn, một viên bi. - Chế tạo và tiến hành:
46
+ Dùng một máng nhựa thẳng gập lại để tạo thành hai máng 1 và 2. Cắt 1 đoạn máng nhựa khác để làm chân giữ cố định vị trí của máng 1. Với máng 2 tạo một chân giữ di động để có thể thay đổi độ cao của máng.
+ Cho viên bi bắt đầu chuyển động tại vị trí được đánh dấu trên máng 1, đánh dấu vị trí cao nhất mà viên bi chuyển động được trên máng 2.
+ Hạ dần độ cao của máng 2 cho đến khi máng 2 nằm ngang, tiếp tục cho viên bi chuyển động từ máng 1, quan sát chuyển động của viên bi trên máng 2. - Kết luận: Nếu có thể loại trừ được các lực cơ học tác dụng lên vật thì vật sẽ chuyển động thẳng đều với vận tốc v vốn có của nó.
- Phạm vi sử dụng: dùng mô tả lại thí nghiệm lịch sử của Ga-li-lê trong bài định luật I Niu-tơn.
Hình 2.6: Thí nghiệm lịch sử Ga-li-lê
Thí nghiệm 2: Bơm quán tính
- Mục đích: Chỉ ra quán tính của dòng nước chuyển động. - Dụng cụ: Chai nhựa, ống nhựa trong, vỏ bút bi, 1 viên bi. - Chế tạo và tiến hành thí nghiệm:
+ Cắt bỏ đáy một chai nhựa 1,25l và đục trên nắp chai một lỗ để gắn chặt vào đó đoạn ống nhựa trong có đường kính 0,8cm, dài 3cm. Lồng khít vào đầu trên của ống này một đoạn vỏ bút bi có lỗ ở trên với đường kính 0,3cm. Lại lồng ra ngoài vỏ bút bi một vỏ bút bi nữa dài 10cm, có đầu trên nhỏ thành vòi
47
phun. Cho vào trong vỏ bút bi này một viên bi đường kính 0,4cm. Nhờ vậy, viên bi và lỗ ở đầu ống vỏ bút bi trong đã tạo thành một cái van, van này đóng mở mỗi khi chai chuyển động lên, xuống.
+ Chai nhựa được đặt trong chậu nước sâu 20cm. Dùng tay đột ngột nâng lên phía trên, đột ngột hãm nó và đột ngột đưa xuống phía dưới sẽ thấy, thì sẽ thấy: Sau mỗi lần lên xuống, nước dâng lên trong ống. Sau nhiều lần nước sẽ phun ra ngoài qua vòi phun.
- Kết luận: Nguyên nhân làm nước dâng lên và phun ra ngoài là do quán tính của dòng nước chuyển động.
- Phạm vi sử dụng: Thí nghiệm này có thể được sử dụng khi nói về định luật I Niu-tơn.
Hình 2.7: Bơm quán tính
Thí nghiệm 3: Nghiệm lại định luật III Niu-tơn
- Mục đích: Đây là thí nghiệm chế tạo để nghiệm lại định luật III Niu-tơn. - Dụng cụ: Hai xe lăn, máng nằm ngang nhẵn, lò xo, dây chỉ, thước đo. - Chế tạo và tiến hành:
+ Gắn lò xo vào một xe, dùng dây chỉ ép cho lò xo nén.
+ Để hai xe sát nhau, lấy dây cước buộc vào hai xe và buộc vào thanh ở giữa. + Đánh dấu vị trí ban đầu của hai xe.
48
+ Đốt dây chỉ.
+ Khi hai xe dừng lại, giữ chặt nút ở giữa để xác định chính xác vị trí sau của hai xe.
+ Đo quãng đường của hai xe.
- Kết luận: Nếu m1 = m2 thì S1 = S2 suy ra a1 a2 F1 F2
Hình 2.8: Thí nghiệm Định luật III Niu-tơn
2.4. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chƣơng “Động lực học chất điểm” - Vật lí 10 theo LTKT với sự hỗ trợ của kỹ thuật dạy học tích chất điểm” - Vật lí 10 theo LTKT với sự hỗ trợ của kỹ thuật dạy học tích cực nhằm phát huy tính tích cực học tập và nâng cao chất lƣợng kiến thức của học sinh
2.4.1. Điều tra quan niệm sẵn có của học sinh về các kiến thức liên quan đến động lực học chất điểm trƣớc khi dạy học chƣơng “Động lực học chất điểm”
Để nghiên cứu tiến trình dạy học theo lý thuyết kiến tạo chương “Động lực học chất điểm”, chúng tôi đã soạn thảo 14 câu trắc nghiệm bao gồm câu đúng sai và câu 4 lựa chọn và tiến hành điều tra trên 182 học sinh thuộc 5 lớp 10 của trường THPT Nguyễn Thị Giang thuộc huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc. Sau khi điều tra, chúng tôi nhận thấy một số quan niệm chưa đúng của
49
học sinh về “động lực học chất điểm” như sau: - Lực là nguyên nhân gây ra chuyển động.
- Sự tương tác giữa các vật không có tính hai chiều. - Lực và phản lực là hai lực cân bằng.
- Gia tốc tỉ lệ thuận với khối lượng của vật.
- Chưa xác định đúng nguyên nhân xuất hiện lực ma sát và phân biệt được lực ma sát trượt, lực ma sát lăn và lực ma sát nghỉ.
Qua việc thống kê phiếu điều tra chúng tôi đã xác định được một số quan niệm sai phổ biến ở HS . Những quan niệm sai này phần lớn xuất phát từ thực tế hoặc hình thành do logic nhận thức của HS, do đó tồn tại trong ý thức của HS dẫn đến những sai lầm của HS khi trả lời các câu hỏi khoa học trong quá trình làm việc với GV. Vì vậy, căn cứ quan niệm chưa đúng, sử dụng thí nghiệm giúp HS nhận ra sai lầm và xây dựng kiến thức mới là cách làm khi chúng tôi thiết kế tiến trình dạy học kiến tạo các kiến thức này. Dưới đây là tiến trình dạy học mà chúng tôi vận dụng “Sơ đồ tiến trình kiến tạo kiến thức Vật lý THPT theo LTKT với sự hỗ trợ của kỹ thuật dạy học tích cực”(sơ đồ 2.1) để thiết kế.
2.4.2. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chƣơng “Động lực học chất điểm” theo lý thuyết kiến tạo với sự hỗ trợ của kỹ thuật dạy học tích chất điểm” theo lý thuyết kiến tạo với sự hỗ trợ của kỹ thuật dạy học tích cực
Dựa vào sơ đồ tiến trình dạy học theo LTKT với sự hỗ trợ của kỹ thuật dạy học tích cực (sơ đồ 2.1), chúng tôi đã thiết kế 2 tiến trình dạy học ứng với 2 kiến thức chương “Động lực học chất điểm” nhằm phát huy tính tích cực và nâng cao chất lượng kiến thức cho HS. Ở nội dung chương 2 này của đề tài, chúng tôi chỉ đưa ra 1 tiến trình dạy học ứng với nội dung kiến thức bài ”Định luật III Niu-tơn”, còn 1 tiến trình nữa chúng tôi sẽ trình bày ở phần phụ lục của luận văn.
50
BÀI 16 : ĐỊNH LUẬT III NIU-TƠN A. Mục tiêu
1. Kiến thức
- Chỉ ra được lực tác dụng giữa hai vật luôn cùng phương,ngược chiều.
- Đề xuất được phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán độ lớn của hai lực trong tương tác bằng nhau.
- Phát biểu được định luật III Niu-tơn và viết được biểu thức của định luật. - Phân biệt hai lực trực đối và hai lực cân bằng.
- Nêu được đặc điểm của lực và phản lực.
2. Kĩ năng
- Vận dụng được định luật III Niu-tơn để giải thích một số hiện tượng xảy ra do tương tác giữa các vật.
- Vận dụng được định luật III Niu-tơn để làm một số bài tập về tương tác giữa hai vật.
- Biểu diễn được các cặp lực và phản lực.
3. Thái độ
- Hứng thú học tập, tích cực tham gia xây dựng bài. - Yêu thích tìm tòi, nghiên cứu khoa học.
- Có tinh thần hợp tác trong học tập
B. Thiết kế tiến trình dạy học “Định luật III Niu-tơn” theo LTKT với sự hỗ trợ của kỹ thuật dạy học tích cực
1. Sơ đồ tiến trình dạy học theo LTKT với sự hỗ trợ của kỹ thuật dạy học tích cực
51
Sơ đồ 2.3 Sơ đồ tiến trình DHKT kiến thức với sự hỗ trợ của kỹ thuật dạy học tích cực về “Định luật III Niu-tơn”.
Tình huống: làm TN đơn giản - Ném 1 quả bóng vào tường, thấy quả bóng bật ngược trở lại. Vậy quả bóng đã tác dụng lực vào tường và ngược lai tường cũng tác dụng lực vào quả bóng. Hai lực này sẽ có đặc điểm như thế nào?
- Tổ chức cho HS đề xuất phương án TN kiểm tra tính đúng đắn của dự đoán và tiến hành TN.
- Tổ chức cho học sinh so sánh đối chiếu kết quả TN với dự đoán trước đó
Tổng hợp các kết quả thí nghiệm kiểm tra, các suy luận lý thuyết, hợp thức hóa kiến thức cho học sinh. Cho học sinh đánh giá lại các quan điểm ban đầu của mình.
Vận dụng kiến thức: - Quan sát và giải thích các TN hình 16.4. - Tìm các ví dụ thực tế về sự tương tác của các vật. GV HS
HS dự đoán( bộc lộ QĐ ban đầu)
- Hai lực này cùng phương, ngược chiều. - Hai lực này khác phương, khác chiều nhau.
- Độ lớn của hai lực này tỉ lệ với nhau. - Hai lực này có độ lớn không bằng nhau.
- Đề xuất phương án TN kiểm tra - Tiến hành thí nghiệm
- Kết quả:
+ Nếu vật A tác dụng lên vật B thì vật B cũng tác dụng lên vật A.
+ Hai lực FAB và FBA luôn cùng giá, ngược chiều và có cùng độ lớn
- Tự đánh giá lại các QN ban đầu - Kết luận:
Khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối.
AB BA
F F
Vận dụng kiến thức giải thích: - Học sinh trả lời
- Ví dụ: Khi đi bộ hoặc leo núi, ta chống gậy thì đỡ mỏi chân.
Khi chèo thuyền, muốn thuyền tiến hoặc lùi thì ta phải sử dụng tay chèo.
Hoạt động nhóm Kỹ thuật khăn phủ bàn Sơ đồ tư duy
52
2. Tiến trình dạy học
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Bước 1. Làm bộc lộ quan niệm ban đầu của học sinh.
- GV: Trên tay cô đang cầm một quả bóng, bây giờ cô sẽ ném quả bóng này vào tường. Các em hãy quan sát chuyển động của quả bóng và trả lời cho cô câu hỏi sau: quả bóng tác dụng vào tường vậy ngược lại tường có tác dụng vào quả bóng hay không?
+ GV chia lớp thành 6 nhóm, rồi cho HS thảo luận và trả lời.
- GV: Vậy các em hãy so sánh đặc điểm của hai lực tương tác này (về phương, chiều và độ lớn)?
+ GV vẫn cho HS thảo luận theo nhóm rồi ghi ra kết quả của từng nhóm và trình bày.
+ GV lắng nghe, chấp nhận tất cả các dự đoán của HS. Trong quá trình HS trả lời, GV không đánh giá “đúng”, “sai” mà tôn trọng ý kiến của HS. - GV: Muốn biết dự đoán nào đúng, chúng ta sẽ nhờ thí nghiệm kiểm tra
{Hoạt động nhóm}
- HS :
Quả bóng bay đến đập vào tường và bật ngược trở lại, chứng tỏ bóng tác dụng vào tường và ngược lại tường cũng tác dụng vào bóng.
- HS bộc lộ dự đoán:
+ Hai lực này sẽ cùng phương, ngược chiều.
+ Hai lực này khác phương, khác chiều nhau.
+ Độ lớn của hai lực này bằng nhau. + Độ lớn của hai lực này tỷ lệ với nhau.
53
- GV: Cho HS quan sát hình ảnh hai bạn An và Bình trượt pa-tin. Khi An đẩy vào lưng Bình. Quan sát và cho biết chuyển động của hai bạn?
- GV: Dựa vào đâu để biết bạn An bị lùi về phía sau?
- GV: Vậy vận tốc của An có thay đổi không?
- GV: Dựa vào khái niệm của lực cho biết tại sao An tác dụng lực lên Bình, An cũng bị lùi về sau hay nói cách khác vận tốc của An cũng bị thay đổi?
- GV: Các em tiếp tục quan sát TN tiếp theo và cho biết lực nào làm NC di chuyển lại gần thỏi sắt?
- HS: Quan sát và trả lời: Khi An đẩy vào lưng Bình thì Bình tiến về phía trước còn An bị lùi về sau.
- HS: Dựa vào vị trí của An và Bình so với ghế đứng yên.
- HS: có thay đổi.
- HS: Do lưng Bình cũng tác dụng một lực lại tay An.
- HS: là do lực hút của sắt lên nam châm.
54
- GV:Từ 2 ví dụ em nào hãy rút ra kết luận gì về tác dụng giữa hai vật A và vật B?
+ GV khẳng định lại nhận xét của HS: Khi vật A tác dụng lên vật B thì vật B cũng tác dụng lại vật A. Tác dụng giữa A và B gọi là tác dụng tương hỗ hay tương tác giữa các vật
- GV: Quay trở lại thí nghiệm mở đầu. Yêu cầu các nhóm khẳng định lại sự tương tác giữa tường và bóng?
- GV: Làm thế nào để kiểm tra dự đoán về đặc điểm của hai lực?
Gợi ý: Lực có những tác dụng gì? Để có tác dụng đó dùng dụng cụ gì phổ
- HS: Khi vật A tác dụng lên vật B thì vật B cũng tác dụng lại vật A
- HS: các nhóm đưa ra nhận xét cho TN mở đầu: Quả bóng tác dụng vào tường và ngược lại tường cũng tác dụng lại quả bóng.
- HS:
+ Lực có tác dụng gây ra biến dạng, do đó ta dùng hai lực kế lò xo móc vào nhau và kéo về hai phía, ta có
SẮT N S
A
B td lên A A td lên B
55
biến nhất?
- GV: Giao cho mỗi nhóm 2 lực kế