7. Phương pháp nghiên cứu
2.3. Vận dụng quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị
Để có thể hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị hiệu quả, đòi hỏi giáo viên phải chuẩn bị kĩ lưỡng các khâu như: xác định mục tiêu kiến thức vật lý cần rèn luyện trong tiết bài tập, xác định các biểu thức vật lý liên quan trong phạm vi kiến thức vật lý đó, nghiên cứu kĩ các biểu thức vật lý để xác định biểu thức vật lý nào có thể biên soạn bài tập theo cách thể hiện dữ kiện, thông số là “điểm thực nghiệm”, “điểm cực trị”, “hệ số góc”,… Từ đó có thể biên soạn các bài tập vật lý dạng đồ thị tương ứng và lập kế hoạch tổ chức các hoạt động hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị.
Những điều vừa kể trên liên quan đến quy trình tổ chức hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị. Trong phạm vi đề tài này, chỉ dừng lại ở quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị, quy trình tổ chức hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị có thể sẽ được nghiên cứu ở đề tài tiếp theo để có thể giúp học sinh nâng cao tối đa khả năng giải bài tập vật lý dạng đồ thị.
Dưới đây là vận dụng quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị.
Ví dụ: Đồ thị bên biểu diễn mối quan hệ giữa động năng Wđ, thế năng Wt và thời gian chuyển động t của một vật khi thả vật đó từ độ cao xác định so với mặt đất. Cơ năng của vật bằng
Trình độ trung bình yếu
Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị
Câu hỏi và gợi ý Học sinh trả lời hoặc làm theo
Bước 1: Yêu cầu
học sinh đọc kĩ đề bài, tóm tắt dữ kiện
+ Đồ thị đang cho là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa đại lượng nào?
+ Biểu diễn mối quan hệ giữa động năng 𝑊đ theo thời gian t và thế năng 𝑊𝑡 theo thời gian t của một vật rơi tự do.
Bước 2: Yêu cầu
học sinh quan sát hai trục tọa độ
+ Đơn vị cho trên hai trục tọa độ là gì? Đã là đơn vị chuẩn SI chưa?
+ Quan sát đáp án (trắc nghiệm), có cần đổi đơn vị khi thay thế số liệu khi tính toán không?
+ W là Jun và t là giây. Đã chuẩn SI rồi.
+ Không vì đáp án đơn vị trên hai trục tọa độ và đáp án đều là đơn vị chuẩn SI.
Bước 3: Yêu cầu
học sinh viết biểu thức vật lý ứng với dạng đồ thị
+ Có mấy đồ thị?
+ Mỗi đồ thị có mấy giai đoạn diễn biến? Giai đoạn đó ứng với trạng thái của vật như thế nào?
+ Có biểu thức vật lý nào trong sách giáo khoa phù hợp với dạng đồ thị đó không?
+ Phương trình vận tốc trong trong chuyển động rơi tự do là gì?
+ Có hai đồ thị.
+ Mỗi đồ thị có một giai đoạn diễn biến, đó là giai đoạn mà thả vật từ độ cao h xuống mặt đất.
+ Không
+ Tiến hành thiết lập biểu thức động năng 𝑊đ theo thời gian t
+ Gốc thế năng bài này chọn là ở mặt đất. Vì sao?
+ Phương trình tọa độ z trong bài này có phương trình gì? + Tiến hành thiết lập biểu thức động năng 𝑊đ theo thời gian t.
+ 𝑊đ =1 2𝑚𝑣2 →𝑊đ =1 2𝑚𝑔 2𝑡2 + Vì điểm kết thúc của đồ thị ở vị trí thế năng bằng 0. + 𝑧 = ℎ −1 2𝑔𝑡2 + 𝑊𝑡 = 𝑚𝑔𝑧 →𝑊𝑡 = 𝑚𝑔ℎ −1 2𝑚𝑔 2𝑡2
Bước 4: Yêu cầu
học sinh tìm dữ kiện, thông số trên đồ thị
+ Vật đứng yên tại vị trí nào? + Quan sát khung lưới và chú ý các ô hoặc đoạn có tỉ lệ bằng nhau. + Đồ thị 𝑊đ và t có những điểm đặc biệt nào? + Đồ thị 𝑊𝑡 và t có những điểm đặc biệt nào? + Mặt đất.
+ Quan sát khung lưới.
+ Đồ thị giữa 𝑊đ và t có 2 điểm đặc biệt là điểm có tọa độ (𝑡𝑜
3, 𝑊𝑜) và (𝑡𝑜, 𝑊). + Đồ thị giữa 𝑊𝑡 và t có 2 điểm đặc biệt là điểm có tọa độ (𝑡𝑜
3 , 𝑊𝑜+ 35) và (𝑡𝑜, 0).
Bước 5: Yêu cầu
học sinh lập phương trình và giải
+ Giá trị 𝑡𝑜 là khoảng thời gian ứng với trạng thái chuyển động của vật như thế nào? Có giá trị bằng bao nhiêu?
+ Giá trị 𝑡𝑜 ứng với thời gian từ lúc thả vật đến khi vật chạm đất và có giá trị
𝑡𝑜 = √2ℎ 𝑔
+ Tìm tỉ lệ giữa thế năng và động năng của vật tại thời điểm
𝑡𝑜 3.
+ Dựa vào đồ thị tìm thêm mối quan hệ giữa 𝑊đ(𝑡𝑜
3) và 𝑊𝑡(𝑡𝑜
3)
+ Tiến hành giải hệ hai phương trình trên và suy ra cơ năng của vật. +Wđ(to 3) =mgh 9 , Wt(to 3) =8mgh 9 → Wt( to 3) Wđ(t3o) = 8(1) + Wt(to 3) - Wđ(to 3) = 35 (2) → { Wt(to 3) = 40 Wđ(to 3) = 5 → Cơ năng W = 40 + 5 = 45J
Bước 6: Yêu cầu
học sinh biện luận kết quả
+ Kết quả thu được có phù hợp với điều kiện của đồ thị không? + Chọn đáp án đúng.
+ Có.
+ Chọn đáp án B.
Trình độ trung bình khá
Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị
Câu hỏi và gợi ý Học sinh trả lời hoặc làm theo
Bước 1: Yêu cầu học sinh đọc kĩ đề bài, tóm tắt dữ kiện
+ Đọc đề.
+ Tóm tắt dữ kiện.
Bước 2: Yêu cầu
học sinh quan sát hai trục tọa độ
+ Có cần đổi đơn vị khi thay thế số liệu khi tính toán không? Vì sao?
+ Không vì đáp án đơn vị trên hai trục tọa độ và đáp án đều là đơn vị chuẩn SI.
Bước 3: Yêu cầu
học sinh viết biểu thức vật lý ứng với dạng đồ thị
+ Mỗi đồ thị có mấy giai đoạn diễn biến?
+ Có biểu thức vật lý nào trong sách giáo khoa phù hợp với dạng đồ thị đó không?
+ Biểu thức vật lý nào có liên quan?
+ Biểu thức động năng 𝑊đ theo thời gian t là gì?
+ Gốc thế năng bài này chọn là ở đâu? Vì sao?
+ Phương trình tọa độ z trong bài này có phương trình gì? + Biểu thức thế năng 𝑊𝑡 theo thời gian t là gì?
+ Mỗi đồ thị có một giai đoạn diễn biến.
+ Không + 𝑣 = 𝑔𝑡,𝑊đ =1 2𝑚𝑣2 và 𝑊𝑡 = 𝑚𝑔𝑧 + 𝑊đ =1 2𝑚𝑔2𝑡2 + Ở mặt đất vì điểm kết thúc của đồ thị ở vị trí thế năng bằng 0. + 𝑧 = ℎ −1 2𝑔𝑡2 + 𝑊𝑡 = 𝑚𝑔ℎ −1 2𝑚𝑔2𝑡2
Bước 4: Yêu cầu
học sinh tìm dữ kiện, thông số trên đồ thị + Đồ thị 𝑊đ và t có những điểm đặc biệt nào? + Đồ thị 𝑊𝑡 và t có những điểm đặc biệt nào? + Đồ thị giữa 𝑊đ và t có 2 điểm đặc biệt là điểm có tọa độ (𝑡𝑜
3, 𝑊𝑜) và (𝑡𝑜, 𝑊). + Đồ thị giữa 𝑊𝑡 và t có 2 điểm đặc biệt là điểm có tọa độ (𝑡𝑜
3 , 𝑊𝑜+ 35) và (𝑡𝑜, 0).
Bước 5: Yêu cầu
học sinh lập phương trình và giải
+ Giá trị 𝑡𝑜 có ý nghĩa gì? Giá trị?
+ Giá trị 𝑡𝑜 ứng với thời gian từ lúc thả vật đến khi vật chạm đất và có giá trị
+ Tìm tỉ lệ giữa thế năng và động năng của vật tại thời điểm
𝑡𝑜 3.
+ Tìm thêm một phương trình nữa và giải để tìm cơ năng.
𝑡𝑜 = √2ℎ 𝑔 +Wđ(to 3) =mgh 9 , Wt(to 3) =8mgh 9 → Wt( to 3) Wđ(t3o) = 8(1) + Từ đồ thị ra ta có: Wt(to 3) - Wđ(to 3) = 35 (2) → { Wt(to 3) = 40 Wđ(to 3) = 5 → Cơ năng W = 40 + 5 = 45J
Bước 6: Yêu cầu
học sinh biện luận kết quả
+ Kết quả thu được có phù hợp với điều kiện của đồ thị không?
+ Có
+ Chọn đáp án B.
Trình độ khá giỏi
Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị
Câu hỏi và gợi ý Học sinh trả lời hoặc làm theo
Bước 1: Yêu cầu học sinh đọc kĩ đề bài, tóm tắt dữ kiện
+ Đọc đề.
Bước 2: Yêu cầu
học sinh quan sát hai trục tọa độ
+ Quan sát hai trục tọa độ.
Bước 3: Yêu cầu
học sinh viết biểu thức vật lý ứng với dạng đồ thị + Biểu thức vật lý thứ nhất là gì? + Biểu thức vật lý thứ hai là gì? - Gốc thế năng ở đâu? + Ta có 𝑣 = 𝑔𝑡, 𝑊đ = 1 2𝑚𝑣2 →𝑊đ =1 2𝑚𝑔2𝑡2 + Vì gốc thế năng ở mặt đất nên 𝑧 = ℎ −1 2𝑔𝑡2 → 𝑊𝑡 = 𝑚𝑔ℎ −1 2𝑚𝑔2𝑡2
Bước 4: Yêu cầu
học sinh tìm dữ kiện, thông số trên đồ thị
+ Hai đồ thị có những điểm đặc biệt nào
+ Đồ thị giữa 𝑊đ và t có 2 điểm đặc biệt là điểm có tọa độ (𝑡𝑜
3, 𝑊𝑜) và (𝑡𝑜, 𝑊). + Đồ thị giữa 𝑊𝑡 và t có 2 điểm đặc biệt là điểm có tọa độ (𝑡𝑜
3 , 𝑊𝑜+ 35) và (𝑡𝑜, 0).
Bước 5: Yêu cầu
học sinh lập phương trình và giải
+ Giá trị 𝑡𝑜 là gì?
+ Thiết lập hai phương trình và từ đó giải ra tìm giá trị cơ năng. - Một phương trình từ đồ thị. - Một phương trình từ biểu thức vật lý đã viết ra.
+ Giá trị 𝑡𝑜 ứng với thời gian từ lúc thả vật đến khi vật chạm đất và có giá trị 𝑡𝑜 = √2ℎ 𝑔 + Wđ(to 3) = mgh 9 , Wt(to 3) =8mgh 9 → Wt( to 3) Wđ(t3o) = 8(1
+ Từ đồ thị ra ta có: Wt(to 3) - Wđ(to 3) = 35 (2) → { Wt(to 3) = 40 Wđ(to 3) = 5 → Cơ năng W = 40 + 5 = 45J
Bước 6: Yêu cầu
học sinh biện luận kết quả
+ Kết quả thu được có phù hợp với điều kiện của đồ thị không?
+ Có
+ Chọn đáp án B.
Ví dụ: Chiếu một chùm sáng hẹp song song từ không
khí vào khối thủy tinh trong suốt với góc tới i thì góc khúc xạ bằng r. Nếu chiếu chùm sáng hẹp song song này được chiếu từ một chất lỏng ra ngoài không khí với góc i’ thì góc khúc xạ bằng r’. Đồ thị (1) biểu diễn mối quan hệ giữa sini và sinr, đồ thị (2) biểu diễn mối quan hệ giữa sini’ và sinr’.
Chiết suất của chất lỏng bằng bao nhiêu? Biết chiết suất chất lỏng gấp 1,5 lần chiết suất khối thủy tinh.
Trình độ trung bình yếu
Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị
Câu hỏi và gợi ý Học sinh trả lời hoặc làm theo
Bước 1: Yêu cầu
học sinh đọc kĩ đề bài, tóm tắt dữ kiện
+ Đồ thị đang cho là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa đại lượng nào?
+ Tóm tắt dữ kiện.
+ Biểu diễn mối quan hệ giữa sin góc tới i (sini) và sin góc khúc xạ r (sinr). + Tóm tắt:
* AS từ KK vào TT: - Chiết suất thủy tinh: n1. * AS từ CL ra KK”
- Chiết suất chất lỏng: n2. * Giả thuyết: n2 = 1,5n1 (*)
Bước 2: Yêu cầu
học sinh quan sát hai trục tọa độ
+ Quan sát hai trục tọa độ. + Có cần đổi đơn vị trên hai trục tọa độ không? Vì sao?
+ Quan sát hai trục tọa độ. + Không, vì sinx không có đơn vị.
Bước 3: Yêu cầu
học sinh viết biểu thức vật lý ứng với dạng đồ thị
+ Có mấy đồ thị?
+ Mỗi đồ thị có mấy giai đoạn diễn biến?
+ Có biểu thức vật lý nào trong sách giáo khoa phù hợp với hai đồ thị không?
+ Viết biểu thức vật lý ứng với hai đồ thị. + Có hai đồ thị. + Một giai đoạn. + Có + Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng: * AS từ KK vào TT: - sini = n1sinr (1) * AS từ CL ra KK:
- n2sini = sinr (2)
Bước 4: Yêu cầu
học sinh tìm dữ kiện, thông số trên đồ thị
+ Đồ thị (1) và (2) có điểm đặc biệt không?
+ Biểu thức vật lý (1) có điều kiện đi kèm không? Điều kiện là gì?
+ sini = 1 ứng với điểm nào trên đồ thị (1)?
+ Quan sát khung lưới và chú ý các ô hoặc đoạn có tỉ lệ bằng nhau.
+ sini = 0,5 ứng với điểm nào trên trục Osini?
+ Vậy đồ thị (1) và (2) có điểm đặc biệt nào không?
+ Không, vì không thấy cho số liệu trên trục tọa độ. + Có, điều kiện: 0 ≤ sini ≤ 1.
+ Điểm A:
+ Quan sát khung lưới.
+ Điểm B:
+ Có, đồ thị (1) có điểm A(x, 1), đồ thị (2) có điểm C (x, 0,5)
Bước 5: Yêu cầu
học sinh lập phương trình và giải
* Lập phương trình
+ Dựa vào điểm A, C và hai biểu thức vật lý (1) và (2), hãy thiết lập các phương trình tương ứng?
* Giải
+ Thế điểm A(x, 1) vào PT (1), ta được: 1 = n1. x (**)
+ Từ (*), (**), (***) tìm n2? + Thế điểm C (x, 0,5) vào PT (2), ta được: n2 2 = x (***) + Lấy (**) chia (***), ta được: n1.n2 = 2 (****) + Thế (*) vào (****) ta được: n22 = 3 → n2 = √3
Bước 6: Yêu cầu
học sinh biện luận kết quả
+ Kết quả thu được có phù hợp với điều kiện thực tế không?Vì sao?
+ Chọn đáp án đúng.
+ Có, vì chiết suất tuyệt đối của một môi trường luôn lớn hơn 1.
+ Chọn đáp án C.
Trình độ trung bình khá
Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị
Câu hỏi và gợi ý Học sinh trả lời hoặc làm theo
Bước 1: Yêu cầu
học sinh đọc kĩ đề bài, tóm tắt dữ kiện
+ Đọc đề.
+ Tóm tắt dữ kiện.
Bước 2: Yêu cầu
học sinh quan sát hai trục tọa độ
+ Có cần đổi đơn vị trên hai trục tọa độ không? Vì sao?
Không, vì sinx không có đơn vị.
Bước 3: Yêu cầu
học sinh viết biểu thức vật lý ứng với dạng đồ thị
+ Mỗi đồ thị có mấy giai đoạn diễn biến?
+ Có biểu thức vật lý nào trong sách giáo khoa phù hợp với hai đồ thị không?
+ Một giai đoạn.
+ Viết biểu thức vật lý ứng với hai đồ thị. + Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng: * AS từ KK vào TT: - sini = n1sinr (1) * AS từ CL ra KK: - n2sini = sinr (2)
Bước 4: Yêu cầu
học sinh tìm dữ kiện, thông số trên đồ thị
+ Biểu thức vật lý (1) có điều kiện đi kèm không? Điều kiện là gì?
+ sini = 1 ứng với điểm nào trên đồ thị (1)?
+ sini = 0,5 ứng với điểm nào trên trục Osini?
+ Vậy đồ thị (1) và (2) có điểm đặc biệt nào không?
+ Có, điều kiện: 0 ≤ sini ≤ 1. + Điểm A: + Điểm B: + Có, đồ thị (1) có điểm A(x, 1), đồ thị (2) có điểm C (x, 0,5)
Bước 5: Yêu cầu
học sinh lập phương trình và giải
* Lập phương trình
+ Dựa vào điểm A, C và hai biểu thức vật lý (1) và (2), hãy thiết lập các phương trình tương ứng và giải?
+ Thế điểm A(x, 1) vào PT (1), ta được: 1 = n1. x (**)
- Tìm thêm một phương trình từ đề bài. + Thế điểm C (x, 0,5) vào PT (2), ta được: n2 2 = x (***) + Lấy (**) chia (***), ta được: n1.n2 = 2 (****) + Từ giả thuyết ta có 𝑛2 = 1,5𝑛1 (*). + Thế (*) vào (****) ta được: n22 = 3 → n2 = √3
Bước 6: Yêu cầu
học sinh biện luận kết quả
+ Kết quả thu được có phù hợp với điều kiện thực tế không?Vì sao?
+ Có, vì chiết suất tuyệt đối của một môi trường luôn lớn hơn 1.
+ Chọn đáp án C.
Trình độ khá giỏi
Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị
Câu hỏi và gợi ý Học sinh trả lời hoặc làm theo
Bước 1: Yêu cầu
học sinh đọc kĩ đề bài, tóm tắt dữ kiện
+ Đọc đề.
+ Tóm tắt dữ kiện.
Bước 2: Yêu cầu
học sinh quan sát hai trục tọa độ