CÁC ĐẠI LƯỢNG BẢO TOÀN

ĐỘNG LƯỢNG p=m v. ĐỘNG NĂNG Wđ 1 2 2mv = THẾ NĂNG CƠ NĂNG: W = Wđ + Wt

Định lý biến thiên động lượng:

Định luật bảo toàn động lượng: ∆ = p 0

Định lý biến thiên cơ năng: W

∆ =Akhông thế

Định luật bảo toàn cơ năng: W 0 ∆ = Thế năng trọng trường Wt = mgz Thế năng đàn hồi Wt = 1 2 . 2k x = Công cơ học . . os A=F s c α Chuyển động phản lực

2.2.4.Phân tích nội dung chương “Các định luật bảo toàn”.

Trong vật lý, có nhiều đại lượng bảo toàn, nhưng trong cơ học ta thường đề cập đến ba đại lượng bảo toàn đó là động lượng, mô men động lượng và năng lượng (cơ năng). Nhưng trong chương “Các định luật bảo toàn” Vật lý 10 THPT, chỉ xét hai đại lượng bảo toàn đó là động lượng và động năng.

Động lượng được đưa ra từ sự tương tác giữa hai vật. Cái gì được truyền giữa hai vật khi chúng tương tác? Không phải vận tốc mà là tích của khối lượng với vận tốc, đó là động lượng. Khi một vật có vận tốc thay đổi, động lượng của hệ sẽ thay đổi theo. Độ biến thiên động lượng của vật bằng với tích của lực F và khoảng thời gian t, được gọi là xung của lực: ∆ = ∆ p F t.

Nội dung trên được gọi là định lý biến thiên động lượng, được sách giáo khoa xem như là hình thức thứ hai của định luật II Niutơn, nhưng phạm vi áp dụng rộng rãi hơn nhất là các dạng bài có thời gian tương tác ngắn và có khối lượng thay đổi.

Nếu thời gian tương tác của vật là nhỏ, coi như không đáng kể (bài toán đạn nổ, súng giật, chuyển động bằng phản lực …) hoặc ngoại lực cân bằng (hệ kín) thì động lượng của vật (hệ vật) bảo toàn. Đó là nội dung của định luật bảo toàn động lượng. Nếu xét cho hệ kín gồm hai vật, ta được:

1 1 2 2 1 01 2 01

m v+m v=m v+m v

Nếu lúc đầu hai vật đứng yên đối với nhau: m v1 1+m v2 2 =0

 m v1 1= −m v22

Như vậy nếu vật 1 chuyển động với vận tốc vR1R thì vật hai sẽ chuyển động theo hướng ngược

lại với vận tốc 1 1 2 2 m v v m

= . Đây là nguyên lý của chuyển động bằng phản lực như chuyển động của

con mực, của động cơ tên lửa …

Khi khảo sát năng lượng (cơ năng) của một vật, nhất thiết phải biết khái niệm công. Công trong vật lý được hiểu chính xác là phần cơ năng chuyển hóa thành dạng năng lượng khác. Tuy nhiên với kiến thức sẵn có, HS lớp 10 chưa thể hiểu một cách chính xác ý nghĩa này. Vì vậy SGK Vật lý 10 THPT đưa khái niệm công như một cách phát triển biểu thức tính công đã học ở lớp 8.

- Lớp 8: Công cơ học A = F.s (chỉ áp dụng cho trường hợp lực không đổi và cùng hướng với

chuyển động).

- Lớp 10: Nếu lực F không đổi nhưng không cùng hướng với chuyển động thì công được tính

như thế nào?

Từ việc phân tích lực F thành hai thành phần, ta thấy thành phần F.cosα mới gây ra chuyển

Với mảng động năng, thế năng và cơ năng, chương trình vật lý lớp 10 bắt đầu cho HS làm quen với khái niệm năng lượng. Năng lượng là số đo khả năng sinh công của vật. Khi vật có khả năng sinh công, ta nói vật có năng lượng. Vậy một vật chuyển động có khả năng sinh công không? Một vật đang ở độ cao h có khả năng sinh công không? Từ đó xuất hiện đại lượng động năng và thế năng.

+ Động năng: Là dạng năng lượng vật có được do chuyển động. * Biểu thức: WRđ R

21 1 2mv

= .

* Độ biến thiên: ∆WRđR = ARngoại lựcR.

+ Thế năng: Là dạng năng lượng vật có được do vị trí tương đối của vật trong hệ. * Thế năng trọng trường: WRt R=mgz.

* Biến thiên thế năng trọng trường: WRt1R - RRWRt2R= ARPR = mg(zR1R – zR2R).

* Thế năng đàn hồi: WRđh R

21 1 2kx

= .

+ Cơ năng: Là năng lượng tổng cộng mà một vật có được khi tham gia các cơ chế cơ học, bao gồm động năng và thế năng.

* Biểu thức: W = WRđR + WRt

* Biến thiên cơ năng: ∆W = ARlực không phải lực thế

* Bảo toàn cơ năng: Khi vật chỉ chịu tác dụng của các lực thế thì cơ năng của vật bảo toàn.

Ở cuối chương SGK đưa ra hai trường hợp va chạm đàn hồi và không đàn hồi để HS vận dụng định luật bảo toàn động lượng và bảo toàn cơ năng để giải. Xem như là bài tập áp dụng kiến thức.

Như vậy nội dung của chương được sắp xếp khá hợp lý, phù hợp với khả năng tiếp thu của

HS, tuy nhiên chưa phát huy hết thế mạnh của mảng kiến thức này. Nhất là mảng ứng dụng thực

tiễn của các kiến thức năng lượng.

2.2.5.Phân tích và đánh giá thực trạng DH chương “Các định luật bảo toàn”.

Để chuẩn bị cho việc xây dựng các tiến trình dạy học có chất lượng, chúng tôi tiến hành tìm hiểu tình hình dạy và học chương “Các định luật bảo toàn” ở một số trường THPT trên địa bàn TP Hồ Chí Minh, đồng thời tìm hiểu thực trạng việc áp dụng các phương pháp dạy học tiên tiến và hiện đại vào dạy học vật lý.

Nội dung tìm hiểu.

Chúng tôi tập trung việc tìm hiểu thực tế dạy học ở chương “Các định luật bảo toàn” ở các trường nhằm thu thập thông tin về:

- Tình hình dạy của GV: Tìm hiểu những biện pháp, PPDH chủ yếu đã được GV sử dụng khi dạy học chương này và hiệu quả của nó, đặt trọng tâm ở các phương pháp, hình thức dạy học phát huy tính tích cực, tự lực và khả năng làm việc theo nhóm của HS.

- Tình hình học tập của HS: Tìm hiểu tình hình học tập trên lớp và ở nhà; những quan niệm,

những kiến thức HS đã có trước khi học và sai lầm phổ biến của HS trong quá trình học chương này. Sau khi học, HS đã nắm được những kiến thức, kỹ năng và vận dụng chúng ra sao. HS có tích cực, tự lực tìm hiểu các kiến thức, có trao đổi cởi mở và vận dụng linh hoạt kiến thức vào cuộc sống hay không.

- Những thuận lợi và khó khăn của GV và HS khi dạy học chương này.

- Các hình thức tổ chức hoạt động trên lớp của GV vật lý.

- Cách thức tự học của HS và việc tổ chức học nhóm của GV và HS ở trường, ở nhà .

- Thực trạng của việc ứng dụng CNTT vào dạy học các môn học nói chung và Vật lý nói riêng.

Tìm hiểu khả năng sử dụng MVT và trình độ tin học của GV và HS. Biện pháp điều tra, tìm hiểu

- Quan sát, dự giờ và trao đổi với một số giáo viên:

Thầy Lê Cảnh Thu – Tổ trưởng tổ vật lý trường THPT Sông Ray. Thầy Trần Hữu Thịnh – GV vật lý trường THPT Nguyễn Thái Bình. Cô Bùi Thị Cẩm Huệ – GV vật lý trường THPT Trần Hữu Trang.

Thầy Lê Quốc Cường – tổ trưởng vật lý trường THPT Trương Vĩnh Ký. Thầy Vũ Mạnh Chín – GV vật lý trường THPT Lê Hồng Phong.

- Tiến hành khảo sát 50 giáo viên thuộc một số trường THPT để có căn cứ thực tế đánh giá thực

trạng dạy và học chương này (mẫu khảo sát và kết quả khảo sát xin xem thêm ở phần phụ lục). - Điều tra và tìm hiểu thông qua trao đổi với một số học sinh.

Kết quả điều tra tìm hiểu

Về mặt phương pháp giảng dạy, đa số GV khi dạy chương “Các định luật bảo toàn” đều dùng phương pháp thuyết trình, diễn giải, minh họa để thông báo kiến thức là chủ yếu vì cho rằng kiến thức chương này là khó đối với HS. Ở một số tiết học về động năng, thế năng, GV còn đọc cho HS chép; chỉ khi có kì thi GV giỏi, hoặc thao giảng, các GV mới sử dụng thí nghiệm thực hoặc mô phỏng và bài giảng điện tử cũng như sử dụng phiếu học tập cho các nhóm HS thảo luận. Hình thức tổ chức chủ yếu là GV thuyết trình, dẫn dắt, HS thụ động lắng nghe, rất ít có các hoạt động nhóm được diễn ra. Trong các tiết học, GV lần lượt cố gắng thông báo kiến thức theo trình tự giáo trình đầy đủ chính xác nội dung, có chú ý tới việc nhấn mạnh kiến thức cơ bản. Tuy nhiên các kiến thức

tiễn, các biệt một số GV đã bỏ qua phần ứng dụng thực tiễn hay cho HS tự tìm hiểu ở nhà, để dành thời gian trên lớp cho việc phân loại và giải bài tập.

Về thái độ học tập của HS, qua trao đổi và tìm hiểu, các em HS thường tỏ ra lúng túng khi cần

trình bày các vấn đề, biểu hiện ở chỗ dùng từ ngữ không chuẩn xác, chưa đúng nghĩa hoặc câu trình

bày không đúng ngữ pháp; đặc biệt HS e ngại bộc lộ quan điểm riêng trước một vấn đề cần phải chọn lựa. HS cho rằng việc chú ý vào bài học là vì các bài tập phần này khó, quan trọng và vì “có giáo viên dự giờ”. Cách học của các em phần lớn là thuộc lòng, HS thường tiếp thu bài một cách thụ động và ít được có cơ hội tham gia vào các hoạt động tích cực, tự lực chiếm lĩnh kiến thức. Các hoạt động học tập ở nhà chủ yếu là học thuộc các định luật bảo toàn, các trường hợp vận dụng khi giải toán. Hầu như không có các hoạt động tự lực tìm hiểu kiến thức, vận dụng vào thực tiễn và cũng không có các trao đổi mang tính hợp tác nhóm.

Khi được hỏi về phương pháp DHDA, dạy học theo nhóm, hầu hết các GV và HS đều cho rằng đó là phương pháp học tập hay, tiên tiến, mang lại nhiều cơ hội phát triển tư duy cho HS hơn, nhưng cũng cho rằng khó áp dụng, không phù hợp với nội dung đề thi, và chỉ thích hợp với đối tượng HS khá giỏi, chứ không phải là đối tượng HS yếu, trung bình – những học sinh mà theo các GV là còn phải vất vả với mấy câu hỏi đơn giản trong đề thi.

Về việc ứng dụng CNTT vào dạy và học bộ môn: Hầu như các trường THPT đều đã được trang bị một phòng máy riêng với đầy đủ các thiết bị phục vụ cho việc dạy học với MVT và một số máy chiếu Projector. Tuy nhiên hiện nay các phòng máy chỉ phục vụ cho dạy và thực hành môn Tin học, dạy nghề, còn các máy chiếu thì ngày càng “ít được sử dụng”. Hầu hết GV đều nhận thức được tác dụng tích cực của việc ứng dụng CNTT vào dạy học, nhưng để thực hiện được đòi hỏi mỗi trường học phải được trang bị phương tiện kỹ thuật hiện đại đầy đủ như máy chiếu Projector, hệ thống mạng internet, cùng với một phòng học bộ môn đáp ứng được yêu cầu của môn học. Ngoài ra, khả năng tin học của GV cũng là một vấn đề đáng bàn, đa số mới chỉ dừng lại ở trình độ tin học văn phòng, thậm chí nhiều GV còn chưa soạn thảo giáo án điện tử bằng PowerPoint thành thạo. Về phía HS, các ứng dụng CNTT chủ yếu mang tính giải trí, chứ chưa mang nhiều lợi ích cho việc học tập, một số HS còn chưa sử dụng thành thạo máy vi tính.

2.3.Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức thuộc chương “Các định luật bảo toàn” – Vật

lý 10 THPT.

Từ sự phân tích mục tiêu và nội dung của chương “Các định luật bảo toàn”, ta thấy các kiến thức thuộc phần này xuất hiện nhiều trong thực tế. Phần định luật bảo toàn động lượng liên quan trực tiếp đến chuyển động của nhiều cơ chế trong thực tế như tên lửa, máy bay phản lực, chuyển động của con mực ống, chuyển động giật của súng … Phần kiến thức về năng lượng, động năng, thế

năng và cơ năng xuất hiện hầu hết ở các cơ chế cơ học đơn giản tồn tại xung quanh chúng ta như sự chuyển hóa cơ năng trong con lắc đồng hồ, trong các thác nước hay điển hình như trong hoạt động của các tàu lượn siêu tốc (Roller Coaster). Vì vậy nếu chỉ bám sát kiến thức trọng tâm là nội dung các định luật bảo toàn và yêu cầu học sinh làm nhiều bài tập vận dụng sẽ rơi vào tình huống học sinh cảm nhận một cách khô khan, đối phó và không thể khắc sâu kiến thức phần này. Dạy và học phần kiến thức này xuất phát từ những ứng dụng thực tế như mô hình DHDA sẽ khắc phục được các nhược điểm trên, HS sẽ có cơ hội được thấy được vị trí của các kiến thức trong đời sống hằng ngày và qua đó khắc sâu kiến thức và hơn thế nữa là thúc đẩy sự tìm tòi sáng tạo của HS.

Để thực hiện dự định đó, chúng tôi nhận thấy nếu yêu cầu HS thực hiện một ứng dụng của định luật bảo toàn động lượng thì không những giúp các em tích cực, tự lực tìm hiểu kiến thức mà còn thông qua thực tế khắc sâu thêm kiến thức về động lượng; còn ở mảng động năng, thế năng, bảo toàn cơ năng, cũng nên tổ chức cho HS tìm hiểu các kiến thức này thông qua một cơ chế có thật, gần gũi với các em, vừa đảm bảo kiến thức được xây dựng, vừa tạo không khí hăng hái, tích cực và sáng tạo trong HS. Vì vậy, chúng tôi tiến hành xây dựng hai dự án học tập cho chương này như sau:

2.3.1.Dự án 1: “Tên lửa nước – chinh phục không gian”

Tổng quan về dự án:

- Phạm vi kiến thức: Phần động lượng, định luật bảo toàn động lượng, chuyển động bằng phản

lực.

- Thời gian thực hiện: Từ ngày 21/12 đến ngày 4/1 (2 tuần), tổng thời lượng trên lớp là 4 tiết.

- Tình huống sư phạm: “Bằng cách nào mà các động cơ tên lửa, các con tầu vũ trụ vẫn có thể

chuyển động được trong chân không vậy? Các nhà du hành vũ trụ trôi nổi trong không gian, phải di chuyển bằng cách nào trong không gian? Các con mực ống không có vây nhưng vẫn chuyển động tới trước được nhờ vào đâu?”

Mục tiêu của dự án:

 Kiến thức:

- HS hiểu và khắc sâu các kiến thức về động lượng, động lượng của hệ vật, hệ kín, định luật bảo

toàn động lượng, chuyển động bằng phản lực.

- Hiểu và nắm rõ phạm vi chính xác của định luật bảo toàn động lượng, các khái niệm xung lực.

 Kỹ năng:

- HS có được các kỹ năng ứng dụng công nghệ thông tin tốt, kỹ năng hợp tác của các thành viên

- HS vận dụng được kiến thức về định luật bảo toàn động lượng giải thích được một số hiện tượng trong thực tế có liên quan.

- HS vận dụng giải được một số bài tập điển hình của phần động lượng.

- HS có được các kỹ năng chế tạo sản phẩm, phân tích, tổng hợp và các kỹ năng tư duy bậc cao

khác nhằm sáng tạo sản phẩm.

- HS có được các kỹ năng tổ chức, sắp xếp một bài thuyết trình nhằm trình bày ý tưởng và bảo

vệ ý tưởng của mình.

 Thái độ:

- HS có thái độ yêu thích môn học, hứng thú trong việc tìm kiếm các ứng dụng thực tế của kiến

thức.

- HS có được cái nhìn khoa học về các hiện tượng xung quanh và có thói quen quan sát, nghiên

cứu và ứng dụng kiến thức vào giải thích.

- HS có thái độ hợp tác tích cực, tranh luận và thảo luận một các hăng say để đi tìm kiến thức.

 Mục tiêu về sản phẩm:

Sản phẩm dự án là sự thể hiện công sức và kết quả của quá trình dạy và học, phải đáp ứng được