8. Bố cục của luận văn
2.2. Chuẩn kiến thức, kĩ năng và xây dựng sơ đồ cấu trúc nội dung của
chƣơng "Các định luật bảo toàn" (Vật lí 10)
2.2.1. Chuẩn kiến thức kĩ năng của chương * Kiến thức
Viết đƣợc công thức tính động lƣợng, nêu đƣợc đơn vị đo động lƣợng. Phát biểu và viết đƣợc hệ thức của định luật bảo toàn động lƣợng đối với hệ hai vật.
Nêu đƣợc nguyên tắc chuyển động bằng phản lực.
Phát biểu đƣợc định nghĩa và viết đƣợc công thức tính công.
Phát biểu đƣợc định nghĩa và viết đƣợc công thức tính động năng. Nêu đƣợc đơn vị đo động năng.
Phát biểu đƣợc định nghĩa thế năng trọng trƣờng của một vật và viết đƣợc công thức tính thế năng này. Nêu đƣợc đơn vị đo thế năng.
Viết đƣợc công thức tính thế năng đàn hồi.
Phát biểu đƣợc định nghĩa cơ năng, viết đƣợc công thức tính cơ năng. Phát biểu đƣợc định luật bảo toàn cơ năng và viết đƣợc hệ thức của định luật này.
* Kĩ năng
Vận dụng định luật bảo toàn động lƣợng để giải đƣợc các bài tập đối với hai vật va chạm mềm.
Vận dụng đƣợc các công thức A Fscos và P = .
Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng để giải đƣợc bài toán chuyển động của một vật.
A t
2.1.2. Xây dựng sơ đồ cấu trúc nội dung của chương * Nội dung kiến thức của chương
Chƣơng "Các định luật bảo toàn" nằm ở cuối của phần cơ học vật lí 10. Chƣơng này đề cập tới một số định luật tổng quát và một số kiến thức mới. Các định luật bảo toàn đề cập trong chƣơng là cơ sở của những tính toán quan trọng trong vật lí, sử dụng những kiến thức của các chƣơng trƣớc để tính toán giúp học sinh củng cố lại những kiến thức đã học.
Nội dung kiến thức của chƣơng đƣợc thể hiện qua 5 bài (với 10 tiết dạy: 8 tiết lý thuyết và 2 tiết bài tập):
Bài 23: Động lƣợng. Định luật bảo toàn động lƣợng Bài 24: Công và công suất
Bài 25: Động năng Bài 26: Thế năng Bài 27: Cơ năng
Khái niệm động lƣợng đƣợc hình thành trong quá trình nghiên cứu tƣơng tác giữa các vật trong một hệ cô lập (xét hai vật). Trong quá trình tƣơng tác các vật trao đổi động lƣợng cho nhau, sự trao đổi động lƣợng này phụ thuộc vào khối lƣợng, vận tốc của các vật trong hệ cô lập và nó tuân theo quy luật là định luật bảo toàn động lƣợng.
Năng lƣợng đƣợc coi là thƣớc đo của tất cả các dạng chuyển động của vật chất. Định luật bảo toàn năng lƣợng là định luật quan trọng nhất, tổng quát nhất. Mọi quá trình của tự nhiên đều phải tuân theo quy luật này, các định luật của vật lí đều phù hợp với định luật này. Tuy nhiên để xây dựng đƣợc định luật bảo toàn năng lƣợng một số khái niệm phải đƣợc trình bày trƣớc nhƣ khái niệm công , động năng, thế năng, cơ năng.
Thuật ngữ ”công” xuất hiện từ năm 1886, tuy nhiên ban đầu ngƣời ta chỉ định nghĩa công là tích của lực tác dụng lên chất điểm theo phƣơng chuyển dời và độ chuyển dời của điểm đặt lực. Định nghĩa này cho phép ta phân biệt đƣợc một cách nhanh chóng các trƣờng hợp có thực hiện công và tính đƣợc công đó
song nó lại chƣa thể hiện đƣợc bản chất của công. Bản chất vật lí của công chỉ đƣợc thể hiện rõ nhất khi gắn nó vào định luật bảo toàn năng lƣợng. Công xuất hiện khi có sự chuyển hóa năng lƣợng từ dạng này sang dạng khác hay truyền từ vật này sang vật khác. Công không phải là một dạng năng lƣợng mà là một hình thức của sự chuyển hóa năng lƣợng. Nhƣ vậy độ lớn của công thể hiện phần năng lƣợng đƣợc chuyển hóa.
Các khái niệm động năng, thế năng trọng trƣờng, thế năng đàn hồi và cơ năng đƣợc trình bày một cách hợp lý, logic. Định luật bảo toàn cơ năng đƣợc xây dựng cho hai trƣờng hợp vật chuyển động trong trọng trƣờng và vật chịu tác dụng của lực đàn hồi. Chỉ khi nào hiểu rõ những khái niệm này thì mới hiểu đƣợc chính xác định luật bảo toàn năng lƣợng.
* Sơ đồ cấu trúc nội dung chương
Sơ đồ 2.2: Cấu trúc nội dung chương
Xung lƣợng của lực
Định luật II
Niutơn Công Công suất
Vật chuyển động dƣới tác dụng của lực hấp dẫn Động lƣợng Động năng Thế năng
Định luật bảo toàn CƠ NĂNG Hệ kín Cơ năng Vật chuyển động dƣới tác dụng của lực đàn hồi Bài toán va chạm mền Chuyển động bằng phản lực Định luật bảo toàn
2.3. Vận dụng một số KT dạy học tích cực trong thiết kế tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề chƣơng "Các định luật bảo toàn" (Vật lí 10) phát hiện và giải quyết vấn đề chƣơng "Các định luật bảo toàn" (Vật lí 10)
Trên cơ sở vận dụng một số kĩ thuật dạy học tích cực trong thiết kế tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề đã đề xuất, chúng tôi thiết kế tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề cho hai kiến thức là "Động lƣợng. Định luật bảo toàn động lƣợng" (Tiết 2: Định luật bảo toàn động lƣợng) và "Công. Công suất" (Tiết 1: Công) của chƣơng "Các định luật bảo toàn". Trong khuôn khổ luận văn, chúng tôi chỉ trình bày một tiết thực nghiệm, tiết còn lại sẽ đƣợc trình bày chi tiết trong phần phụ lục 1.
BÀI 23: ĐỘNG LƢỢNG. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƢỢNG
Tiết 1: Động lượng
Tiết 2: Định luật bảo toàn động lượng
TIẾT 2: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƢỢNG I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức
- Phát biểu đƣợc định nghĩa hệ cô lập.
- Xây dựng đƣợc định luật và viết đƣợc hệ thức của định luật bảo toàn động lƣợng đối với hệ hai vật dƣới sự hƣớng dẫn của giáo viên theo phƣơng pháp phát hiện và giải quyết vấn đề.
2. Kỹ năng
- Biết kiểm tra, vận dụng kết quả của định luật bảo toàn động lƣợng của một hệ hai vật cô lập để giải các bài tập.
- Giải thích đƣợc nguyên tắc chuyển động bằng phản lực.
- Có kĩ năng học tập với các kĩ thuật dạy học tích cực: Khăn phủ bàn, bản đồ tƣ duy, KWL.
3. Thái độ
- Hứng thú, ham học hỏi, say mê nghiên cứu khoa học. - Tinh thần làm việc tập thể hòa đồng, đoàn kết, tự giác. - Tác phong làm việc tích cực, cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc.
II. CHUẨN BỊ
1. Giáo viên
Vận dụng một số kĩ thuật dạy học tích cực trong thiết kế tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề:
- Phƣơng án chia nhóm học sinh. - Chuẩn bị các phiếu học tập: + Phiếu học tập 1: KWL (Vận dụng kĩ thuật dạy học KWL) Tên bài học: ……….. Tên học sinh: ………..Lớp………Trƣờng:………... K
( Những điều đã biết) ( Những điều muốn biết) W
L (Những điều đã học đƣợc sau bài học) - - - - - - - - - + Phiếu học tập 2: KHĂN PHỦ BÀN
(Vận dụng kĩ thuật dạy học khăn phủ bàn)
Ý kiến cá nhân:
Ý kiến cá nhân
+ Phiếu học tập 3:
BÀI TẬP VẬN DỤNG
Vật 1 nặng 0,2kg chuyển động trên mặt phẳng ngang với vận tốc 4m/s va chạm vào vật 2 nặng 0,3kg đang đứng yên trên mặt phẳng ngang ấy. Sau va chạm 2 vật dính vào nhau và chuyển động với vận tốc v cùng chiều chuyển động ban đầu của vật 1. Tìm v?
- Chuẩn bị phƣơng tiện dạy học: + Máy vi tính, máy chiếu.
+ Phần mềm phân tích băng hình về định luật bảo toàn động lƣợng. + Các hình ảnh chuyển động bằng phản lực và va chạm mềm.
+ Thí nghiệm chuyển động bằng phản lực: Quả bóng nhỏ đƣợc thổi căng. + Hƣớng dẫn học sinh chuẩn bị đồ dùng thí nghiệm: Hai viên bi (khối lƣợng khác nhau một lƣợng nhỏ), một rãnh nhỏ tự tạo để hai viên bi chuyển động trên một đƣờng thẳng.
2. Học sinh
- Ôn tập lại kiến thức về động lƣợng và định lý biến thiên động lƣợng. - Chia nhóm theo hƣớng dẫn của giáo viên và mỗi nhóm chuẩn bị: + Tự phân công nhóm trƣởng và thƣ kí trong nhóm.
+ Một máy vi tính laptop.
+ Dụng cụ thí nghiệm theo hƣớng dẫn của giáo viên.
III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC 1. Ổn định tổ chức
Sỹ số:
2. Kiểm tra bài cũ
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Động lƣợng của một vật là gì?
Định lý biến thiên động lƣợng?
- Động lƣợng p
của một vật là một vectơ cùng hƣớng với vectơ vận tốc của vật và đƣợc xác định bởi CT:
p
= mv
- Độ biến thiên động lƣợng của một vật trong một khoảng thời gian nào đó bằng xung lƣợng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.
3. Bài mới
Hoạt động1: Xây dựng khái niệm hệ cô lập
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Làm thí nghiệm hai viên bi va chạm nhau trên mặt bàn (coi ma sát giữa bi và bàn không đáng kể có thể bỏ qua) - Nhận xét lực tác dụng lên viên bi?
Hệ hai viên bi nhƣ đang xét đƣợc gọi là một hệ cô lập.
- Hệ cô lập là gì?
Quan sát thí nghiệm và nhận xét.
- 2 viên bi đều chịu tác dụng của trọng lực và phản lực do bàn tác dụng lên bi. Cặp lực này cân bằng nhau.
- Ngoài ra còn có các lực: Bi 1: Lực do bi 2 tác dụng lên Bi 2: Lực do bi 1 tác dụng lên Theo ĐL III Niutơn: , trực đối
= -
- Hệ vật đƣợc gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực cân bằng nhau.
Hoạt động2: Xây dựng định luật bảo toàn động lượng.
(Ở kiến thức này chúng tôi sẽ vận dụng một số kĩ thuật dạy học tích cực trong thiết kế tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề nhằm phát huy tính
tích cực nhận thức của học sinh)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
Bƣớc 1: Đặt vấn đề, xây dựng bài toán nhận thức
- Nhận xét hƣớng chuyển động của hai viên bi sau va chạm trong thí nghiệm ở trên?
GV giới thiệu thí nghiệm: Có 1 rãnh nhỏ và 2 viên bi: bi 1 khối lƣợng m1 và bi 2 khối lƣợng m2 (m2 lớn hơn m1 một lƣợng nhỏ). Hệ 2 viên bi là 1 hệ cô lập.
- Hai viên bi cùng chuyển động về phía trƣớc theo hai hƣớng khác nhau.
Tiếp nhận nội dung thí nghiệm mới.
1 F 2 F 1 F 2 F 1 F 2 F
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Nếu cho bi 1 chuyển động trên rãnh nhỏ đến va chạm vào bi 2 đang đứng yên trên rãnh đó. Hãy dự đoán hƣớng chuyển động của 2 bi sau va chạm?
- GV chia nhóm HS và yêu cầu học sinh vận dụng kĩ thuật động não để nêu dự đoán.
Ghi nhận tất cả dự đoán của các nhóm đƣa ra. Sau đó GV chọn một trong các dự đoán đó và dùng thí nghiệm để kiểm tra. Giả sử chọn dự đoán 1. - Yêu cầu các nhóm thực hiện thí nghiệm và báo cáo kết quả.
- GV đặt câu hỏi:
+ So sánh kết quả thí nghiệm thu đƣợc với dự đoán đã chọn.
+ Kết quả thí nghiệm phù hợp với dự đoán nào đã đƣa ra?
Hoạt động nhóm: Mỗi thành viên trong nhóm đều phải đƣa ra dự đoán của mình. Thƣ kí ghi lại tất cả các dự đoán của các bạn trong nhóm (thu gọn các dự đoán trùng lặp). Nhóm trƣởng điều khiển nhóm thảo luận để đi đến dự đoán cuối cùng của cả nhóm.
- Các nhóm có thể dự đoán hiện tƣợng: 1) Hai bi cùng chuyển động về phía trƣớc theo hƣớng ban đầu của bi 1. 2) Bi 1 đứng lại, bi 2 chuyển động về phía trƣớc theo hƣớng ban đầu của bi 1. 3) Bi 2 vẫn đứng yên, bi 1 bị bật ngƣợc lại về phía sau.
4) Bi 2 chuyển động về phía trƣớc theo hƣớng ban đầu của bi 1 còn bi 1 chuyển động ngƣợc lại về phía sau.
5) Hai bi cùng đứng yên ở vị trí bi 2 Đại diện các nhóm lên trình bày kết quả thảo luận của nhóm mình.
- Các nhóm tiến hành thí nghiệm theo hƣớng dẫn và báo cáo kết quả: Bi 2 chuyển động về phía trƣớc theo hƣớng ban đầu của bi 1 còn bi 1 chuyển động ngƣợc lại về phía sau.
- Kết quả thí nghiệm không phù hợp với dự đoán đã chọn.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
Khen nhóm có dự đoán đúng và cho điểm cao để khuyến khích HS.
GV tiếp tục yêu cầu HS đề xuất giả thuyết về nguyên nhân hai bi chuyển động ngƣợc chiều nhau sau va chạm?
Cụ thể là: Khi 2 bi va chạm đại lƣợng nào đặc trƣng cho sự truyền chuyển động từ bi 1 sang bi 2? Đại lƣợng đó biến đổi theo quy luật nào?
Bƣớc 2 : Giải quyết vấn đề * Đề xuất giả thuyết:
Chia nhóm HS và yêu cầu các nhóm đề xuất giả thuyết?
Vận dụng sơ đồ tư duy ghi nhận tất cả các giả thuyết của các nhóm đề xuất (Sơ đồ 2.3).
(Trình chiếu lên máy chiếu)
HS hoạt động nhóm: Nhóm trƣởng điều khiển nhóm mình thảo luận đề xuất giả thuyết.
Các nhóm có thể đề xuất các giả thuyết:
1) Hai bi chuyển động ngƣợc chiều nhau sau va chạm để bảo toàn vận tốc của hệ hai viên bi.
2) Hai bi chuyển động ngƣợc chiều nhau sau va chạm để bảo toàn động lƣợng của hệ hai viên bi.
3) Theo định luật III Niutơn lực do hai bi tác dụng lên nhau khi va chạm ngƣợc chiều nhau nên hai bi chuyển động ngƣợc chiều nhau sau va chạm. Đại diện các nhóm lên trình bày kết quả thảo luận của nhóm mình.
Sơ đồ 2.3: Sơ đồ tư duy hệ thống các giả thuyết của các nhóm đề xuất
Hai bi chuyển động ngƣợc chiều nhau sau va chạm
Vì theo định luật III Niutơn lực do hai bi tác dụng lên nhau khi va chạm ngƣợc chiều nhau
Để bảo toàn vận tốc của hệ hai viên bi
Để bảo toàn động lƣợng của hệ hai viên bi
trƣớc = sau
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
GV chọn ngẫu nhiên giả thuyết: 2 bi chuyển động ngƣợc chiều sau va chạm để bảo toàn động lƣợng của hệ.
GV vận dụng kĩ thuật KWL hướng dẫn HS làm rõ giả thuyết đã chọn:
+ Giả sử: khối lƣợng và vận tốc của 2 bi là: Bi 1 Bi 2 Khối lƣợng Vận tốc trƣớc vc Vận tốc sau vc m1 v1 v m2 v2 = 0 ' 2 v + Xác định động lƣợng và độ biến thiên động lƣợng của mỗi bi và của cả hệ cô lập?
+ Phát phiếu học tập 1 cho HS và hƣớng dẫn HS hoàn thành phiếu.
Tiếp nhận giả thuyết
Hoàn thành phiếu KWL theo hƣớng dẫn của giáo viên.
- Cột K: ghi kiến thức đã biết về động lƣợng và độ biến thiên động lƣợng của mỗi viên bi.
K
(Kiến thức đã biết)
- Động lƣợng của mỗi viên bi : + Trƣớc vc: Bi 1: p1 = m1v1 Bi 2: p2 = m2v2 + Sau vc: Bi 1: ' 1 p = m1v1' Bi 2: ' 2 p = m2 ' 2 v
- Độ biến thiên động lƣợng của: + Bi 1: p1 = ' 1 p - p1 = t + Bi 2: p2 = ' 2 p - p2 = t ' 1 1 F 2 F
+ Dùng sơ đồ tư duy để gợi ý học sinh hoàn thiện cột L (Sơ đồ 2.4).
(Trình chiếu trên máy chiếu)
Sơ đồ 2.4: Sơ đồ tư duy gợi ý HS
Biểu thức (1) làm rõ giả thuyết đã chọn: Hai bi chuyển động ngƣợc chiều sau va chạm để bảo toàn động lƣợng của hệ.
GV hệ thống toàn bộ phiếu KWL (Hình 2.1). (Trình chiếu lên máy chiếu)
- Cột W: ghi những kiến thức muốn biết về động lƣợng và độ biến thiên động lƣợng của hệ 2 viên bi.
W
(Kiến thức muốn biết) - Độ biến thiên động lƣợng của hệ bằng bao nhiêu?
- Động lƣợng của hệ cô lập thay đổi nhƣ thế nào sau va chạm? - Cột L: để trống
L
(Kiến thức học đƣợc)
- Biến đổi biểu thức để tính p
Theo ĐL III Niutơn: = - t = - t p1 = - p2