Biện pháp phát triển hoạt động nhận thức tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề của học sinh

Chương I: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

1.5. PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC CỦA HỌC SINH TRONG HỌC TẬP

1.5.4. Biện pháp phát triển hoạt động nhận thức tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề của học sinh

Trong quá trình tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề chiếm lĩnh kiến thức, HS luôn luôn phải thực hiện các thao tác chân tay (bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, sử dụng các dụng cụ đo) và các thao tác tư duy (phân tích, so sánh, tổng hợp, khái quát hóa, trừu tượng hóa, định nghĩa, cụ thể hóa). Để cho hoạt động nhận thức được hiệu quả, HS phải có kĩ năng, kĩ xảo thực hiện các thao tác đó và phương pháp suy luận. Vì vậy sự hướng dẫn của GV cũng phải bao hàm việc rèn luyện cho HS kĩ năng thực hiện các thao tác tư duy, phương pháp suy luận, kể cả thao tác chân tay. Để rèn luyện các thao tác nói trên cho HS phổ thông có hiệu quả, có thể sử dụng các cách làm như sau:

- GV lựa chọn con đường hình thành những kĩ năng vật lí phù hợp với các quy luật của logic học và tổ chức quy trình học tập sao cho trong từng giai đoạn, xuất hiện tình huống bắt buộc HS phải thực hiện thao tác tư duy và phương pháp suy luận logic mới có thể giải quyết được vấn đề và hoàn thành nhiệm vụ học tập.

- GV cần xây dựng một hệ thống câu hỏi (bắt đầu từ khái quát) để định hướng cho HS tìm các thao tác tư duy, phương pháp suy luận và hướng dẫn cách sửa chữa.

- Tạo điều kiện cho HS có thể hoạt động theo nhóm, vừa tính sáng tạo của mỗi HS, vừa giúp các em có thói quen hoạt động hợp tác, có sự phản hồi nhanh, lĩnh hội kiến thức nhanh chóng và hiệu quả.

- Tùy theo khả năng của HS và điều kiện vật chất và thời gian, tổ chức cho HS sử dụng các thiết bị thí nghiệm sẵn có hoặc chế tạo dụng cụ thí nghiệm đơn giản để xây dựng hoặc kiểm nghiệm kiến thức.

- Kiểm tra, khuyến khích, động viên học sinh kịp thời.

KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Trong chương này tôi đã trình bày cơ sở lí luận hiện đại về dạy học nhằm phát triển hoạt động tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề của HS trong học tập. Để giải quyết nhiệm vụ đề tài, tôi đặc biệt quan tâm những vấn đề sau:

- Cần tổ chức dạy học sao cho phát huy được vai trò hoạt động tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề của HS.

- GV cần thiết lập sơ đồ biểu đạt tiến trình giải quyết vấn đề đối với tri thức cần dạy, vừa đáp ứng được đòi hỏi phương pháp luận của tiến trình khoa học xây dựng tri thức, vừa phù hợp với trình độ nhận thức của HS.

- Để đảm bảo cho HS không những lĩnh hội được tri thức cần thiết mà qua đó trí tuệ của các em được rèn luyện, năng lực tư duy khoa học được phát triển thì cần có sự định hướng hoạt động học của HS một cách đúng đắn.

Trong quá trình HS tự lực tham gia giải quyết vấn đề phải xây dựng được hệ thống các câu hỏi, các câu gợi ý theo kiểu định hướng khái quát chương trình hóa.

- Để phát huy đầy đủ vai trò của GV, vai trò của HS trong hoạt động dạy và học, phát huy vai trò của xã hội đối với quá trình nhận thức khoa học của mỗi cá nhân đồng thời tạo điều kiện cho HS làm quen với việc xây dựng và bảo vệ cái mới trong nghiên cứu khoa học thì cần thiết thực hiện tiến trình dạy theo pha, phỏng theo tiến trình xây dựng kiến thức mới trong nghiên cứu khoa học.

- Chú ý tới những biện pháp phát triển tính tích cực tìm tòi giải quyết vấn đề để khuyến khích HS hoạt động.

Tất cả những lí luận về các vấn đề nêu trên sẽ được vận dụng để thiết kế phương án dạy học các bài “ Động lượng - Định luật bảo toàn động lượng”

Chương 2:

THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DẠY HỌC CÁC BÀI “ ĐỘNG LƯỢNG - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG” , “ THẾ NĂNG”

(SGK VẬT LÍ 10)

2.1. NỘI DUNG NHỮNG KIẾN THỨC VÀ KĨ NĂNG CƠ BẢN CỦA CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”

2.1.1. Nội dung những kiến thức chương “Các định luật bảo toàn”:

Trong chương này bao gồm 5 bài, cụ thể như sau:

1. Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng.

a) Khái niệm xung của lực: Khi một lực Fr

tác dụng lên vật trong khoảng thời gian t thì tích F tr

gọi là xung lượng của lực trong khoảng thời giantđó.

b) Động lượng:

- Khái niệm động lượng: Động lượng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc vr

là đại lượng được xác định bằng công thức:

pr mvr

- Dạng khác của định luật II Newton:

  pr F tr

c) Định luật bảo toàn động lượng:

- Hệ cô lập: Một hệ gồm nhiều vật mà trong hệ chỉ có các nội lực tương tác giữa các vật.

Điều kiện để một hệ được gọi là hệ cô lập: Khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực đó cân bằng nhau.

- Định luật bảo toàn động lượng:

Động lượng trong một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn.

pr1 pr2 ... const

d) Ứng dụng của định luật bảo toàn động lượng trong thực tế (súng giật khi bắn, chuyển động bằng phản lực).

2. Công và công suất.

a) Định nghĩa công:

Khi lực Fr

không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc  thì công thực hiện bởi lực đó được tính theo công thức: AFscos.

Đơn vị công : Jun (J).

b) Công suất:

- Khái niệm công suất: Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian. P= A

t

Đơn vị công suất: Oát (W).

3. Động năng

a) Định nghĩa động năng:

Động năng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là năng lượng (kí hiệu là Wđ) mà vật đó có được do nó đang chuyển động và được xác định theo công thức: Wđ = 1 2

2mv

Đơn vị của động năng là Jun (J).

b) Định lí biến thiên động năng:

Khi vật chuyển động dưới tác dụng của lực Fr

từ vị trí có động năng

2 1

1

2mv đến vị trí có động năng 1 22

2mv , thì công do lực Fr

sinh ra bằng độ biến thiên động năng. 1 22 1 12

2 2

A mv  mv

4. Thế năng

a) Thế năng trọng trường:

- Định nghĩa : Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.

- Biểu thức thế năng trọng trường:

Khi một vật khối lượng m đặt ở độ cao z so với mặt đất (trong trọng trường của Trái Đất) thì thế năng trọng trường của vật được định nghĩa bằng

Đơn vị của thế năng trọng trường: Jun (J).

b) Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực:

Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực của vật có giá trị bằng hiệu thế năng trọng trường tại M và tại N.

AMN W (t M) W ( ) t N

c) Thế năng đàn hồi:

- Công của lực đàn hồi: Công thực hiện bởi lực đàn hồi khi đưa lò xo từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng được xác định bằng công thức:

1 ( )2 A 2k l

Trong đó: k là độ cứng của lò xo ( N/m) l là độ biến dạng của lò xo (m) A là công của lực đàn hồi.

- Thế năng đàn hồi: Năng lượng của lò xo khi bị biến dạng và có giá trị bằng công của lực đàn hồi thực hiện khi dưa lò xo từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng.

Wt 1 ( )2 2k l

 

5. Cơ năng:

a) Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường:

- Định nghĩa: Khi một vật chuyển động trong trọng trường thì tổng động năng và thế năng của một vật của một vật được gọi là cơ năng của vật trong trọng trường (gọi tắt là cơ năng của vật), kí hiệu là W.

t d

2

W=W W

1 1

W=2mgz 2mv





- Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường:

Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn.

t d

2

W= W W onst

1 1

hay onst

2 2

c mv mgz c

 

 

Hệ quả :

- Nếu động năng giảm thì thế năng tăng (động năng chuyển hóa thành thế năng) và ngược lại.

- Tại vị trí nào động năng cực đại thì thế năng cực đại và ngược lại.

b) Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi

Khi một vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi gây bởi sự biến dạng của một lò xo đàn hồi thì trong quá trình chuyển động của vật, cơ năng được tính bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật là một đại lượng bảo toàn.

W=1 2 1 ( )2 2mv 2k l

c) Chú ý: Định luật bảo toàn cơ năng chỉ nghiệm đúng khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của trọng lực và lực đàn hồi, ngoài ra nếu vật còn chịu tác dụng thêm tác dụng của lực cản, lực ma sát,… thì cơ năng của vật sẽ biến đổi. Công của các lực cản, lực ma sát… sẽ bằng độ biến thiên của cơ năng.

2.1.2. Những kỹ năng cơ bản của phần “Các định luật bảo toàn” SGK vật lí lớp 10.

- Kĩ năng quan sát thiên nhiên, nhận xét, phân tích dữ liệu thí nghiệm, đối chứng lí thuyết và thực nghiệm và hợp thức hóa kiến thức.

- Kĩ năng vận dụng lý thuyết, kĩ năng tính toán, đổi đơn vị, kĩ năng vẽ hình trong việc giải bài tập.

- Kĩ năng mô tả, giải thích các hiện tượng liên quan đến sự chuyển động, va chạm (va chạm mềm, va chạm đàn hồi).

2.1.3. Những khó khăn sai lầm mà học sinh gặp phải khi học phần “ Các định luật bảo toàn”

Qua sự tìm hiểu hoạt động nhận thức của học sinh khi học phần “Các định luật bảo toàn” trong thời gian thực tập sư phạm, tôi nhận thấy HS thường gặp phải khó khăn, sai lầm sau đây:

- Khó khăn trong việc chọn mốc thế năng để giải bài toán đơn giản nhất.

- Khó khăn trong khi vận dụng tính bảo toàn của vécto động lượng, nhầm lẫn khi chỉ tính đến sự bảo toàn động lượng về độ lớn.

- Khó khăn khi chọn xét hệ vật để cho hệ vật trong bài toán là hệ kín.

- Chưa biết lựa chọn để sử dụng một cách thích hợp các thuật ngữ vật lí về mặt năng lượng để giải thích hiện tượng, giải các bài tập vật lí.

- Khó khăn trong khi giải bài tập: phát hiện ra dấu hiệu đặc điểm hiện tượng để vận dụng các định luật bảo toàn.

2.2. THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DẠY HỌC BÀI “ ĐỘNG LƯỢNG - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG”.

2.2.1. Sơ đồ cấu trúc nội dung và tiến trình xây dựng kiến thức:

a) Các câu hỏi cơ bản và kết luận tương ứng cho từng đơn vị kiến thức:

Câu hỏi 1: Dưới tác dụng của xung lượng của lực Fr

lên một vật, đại lượng nào đặc trưng cho trạng thái chuyển động của vật bị biến đổi?

Kết luận: Dưới tác dụng của xung lượng của lựcFr

, tích mvr

biến đổi.

Gọi đại lượng pr

=mvr

là động lượng của vật.

Độ biến thiên động lượng của vật trong một khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của lực trong khoảng thời gian đó.

Dạng khác của định luật II Newton:   pr F tr

.

Câu hỏi 2: Trong hệ cô lập gồm hai vật tương tác với nhau, tổng động lượng của hệ thay đổi như thế nào?

Kết luận: Trong hệ cô lập, động lượng của mỗi vật biến đổi nhưng động lượng của cả hệ được bảo toàn.

p r1 p r2  c onst

b) Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức:

Đơn vị kiến thức 1: Khái niệm động lượng

là

Gia tốc vật thu được khi thay đổi vận tốc từ vr1

đến vr2

là:.

2 1

v v

a t

 



r r

r

Theo định luật II Newton:

2 1

v v

F ma F t ma t m t

t

       



r r

r r r r

Suy ra: Fr t mvr2 mvr1

.

Vế phải xuất hiện độ biến thiên của đại lượng mvr

- Đại lượng pr

=mvr

biến thiên dưới tác dụng của xung lượng của lực , pr

gọi là động lượng của vật.

- Độ biến thiên động lượng của vật trong một khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của lực trong khoảng thời gian đó.

Dạng khác của định luật II Newton:   pr F tr

. -Dưới tác dụng của lực Fr

lên vật có khối lượng m ,vật biến đổi vận tốc từ vr1

đến vr2

và thu được gia tốc a F

 m r r

.

- Lực có độ lớn đáng kể tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian ngắn có thể gây ra biến đổi đáng kể trạng thái của vật và tích F tr

gọi là xung lượng của lực.

Dưới tác dụng của xung lượng của lực

F tr

lên một vật, đại lượng nào đặc trưng cho trạng thái chuyển động của vật bị biến đổi?

Tìm mối quan hệ giữa xung lượng của lực với khối lượng và các vận tốc của vật.

Đơn vị kiến thức 2 : Định luật bảo toàn động lượng.

- Khái niệm động lượng và khái niệm hệ cô lập.

- Động lượng của một vật thay đổi khi chịu tác dụng của xung lượng của lực tác dụng lên vật.

Trong hệ cô lập, khi các vật tương tác với nhau, tổng động lượng của cả hệ có

thay đổi không?

Từ mối quan hệ giưa các lực tương tác giữa các vật tìm mối liên hệ giữa xung lượng của các lực đó, dẫn tới mối quan hệ giữa động lượng của các vật trong hệ.

Theo định luật III Newton :Fr1  Fr2

Mặt khác:

1 1

2 2

2 1 2 1

1 2

0 onst

p F t

p F t

p p p p

p p c

  

  

        

  r r

r r

r r r r r

r r

Trong hệ cô lập, đông lượng của mỗi vật biến thiên nhưng tổng động lượng của cả hệ được bảo toàn.

p r1  p r2  c onst

Có thể kiểm tra kết luận trên như thế nào?

Sử dụng bộ thí nghiệm cần rung điện.

-Cân khối lượng các vật.

- Đo các khoảng cách giữa các chấm trên băng giấy trong những khoảng thời gian bằng nhau ở hai giai đoạn để xác định các vận tốc v và V.Tính tỷ số V/v.

Cho xe có khối lượng m1 chuyển động với vận tốc v trên máng không ma sát đến va chạm vào xe có khối lượng m2 đứng yên. Sau va chạm hai xe dính vào nhau cùng chuyển động với vận tốc V.

So sánh kết quả tính toán tỉ số V/v với kết quả thu được từ thực nghiệm.

1 2

' '

1 2

; 0

v v v

v v V

 

  r r r r r r

Tính V/v theo định luật BTDL:

1 ( 1 2)

m vr  m m Vr

(1)

Các chuyển động cùng phương, cùng chiều. Chiếu phương trình (1) lên

phương chuyển động:

1 ( 1 2)

m v m m V

1

1 2

m V

v  m m



m1(kg) 0,16 0,16 0,16

m2(kg) 0,16 0,32 0,48

v(m/s) 0,50 0,75 0,60 V 0,245 0,24 0,16

Kết quả: 1

1 2

m V

v  m m



Vécto tổng động lượng của hệ cô lập được bảo toàn.

2.2.2. Mục tiêu dạy học:

a) Mục tiêu trong khi học:

- HS biết được định nghĩa và ý nghĩa xung lượng của lực.

- HS biết được định nghĩa động lượng, khái niệm hệ cô lập.

- HS xây dựng được biểu thức dạng khác của định luật II Newton.

- HS xử lí số liệu thí nghiệm kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng.

b) Mục tiêu sau khi học:

- Phát biểu được khái niệm động lượng, định luật bảo toàn động lượng.

- Viết được biểu thức dạng khác của định luật II Newton.

- Vận dụng định luật bảo toàn động lượng giải thích một số hiện tượng và giải bài tập.

2.2.3. Đề kiểm tra kết quả học tập :

Câu 1: Định nghĩa động lượng, phát biểu định luật bảo toàn động lượng. Định luật này được áp dụng trong những điều kiện nào?

Câu 2. Một vật có khối lượng m1 = 1kg chuyển động với vận tốc v1= 3m/s đến va chạm vào vật hai có khối lượng m2= m1 đang chuyển động với vận tốc v2 = 2m/s. Sau va chạm hai vật dính vào nhau cùng chuyển động với vận tốc

Vr

. Tính Vr

trong các trường hợp sau:

a) vr1

, vr2

cùng hướng.

b) vr1

, vr2

cùng phương, ngược chiều.

c) vr1vr2

. Đáp án :

Câu 1 : - Động lượng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc vs

là đại lượng được xác định bằng công thức : pr mvr

- Định luật bảo toàn động lượng : Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn.

- Điều kiện áp dụng định luật : hệ vật xét phải là hệ cô lập (hệ gồm nhiều vật mà hệ không chịu tác dụng của ngoại lực hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau).

Câu 2 : Chọn hệ vật gồm hai vật có khối lượng lấn lượt là m1 và m2. Do bỏ qua ma sát giữa các vật và mặt đường nên hệ vật là hệ cô lập.

Theo định luật bảo toàn động lượng ta có : m v1 1r m v2 2r (m1m V2)r

Chọn trục tọa độ là quỹ đạo chuyển động của hai vật, chiều dương là chiều chuyển động của vật 1 lúc đầu.

Áp dụng trong từng trường hợp : vr1

vr2

Vr

a) v vr r1, 2

cùng hướng.

Chiếu phương trình (2) lên trục tọa độ :

1 1 2 2 1 2

1 1 2 2

1 2

( )

1.3 1.2

2,5 / 1 1

m v m v m m V m v m v

V m s

m m

  

 

   

 

b) v vr r1, 2

cùng phương, ngược chiều. vr1

Vr

vr2

Chiếu phương trình (2) lên trục tọa độ :

1 1 2 2 1 2

1 1 2 2

1 2

( )

1.3 1.2

0,5 / 1 1

m v m v m m V m v m v

V m s

m m

  

 

   

 

c) vr1vr2

Đặt pr1mv pr r1; 2 mv pr2;r mVr

Từ hình vẽ ta có : pr2

pr

2 2 2 2 2

1 2 1 2

2 2 2 2 2 2 2 2

1 1 2 2

1 2

1 .3 1 .2

1,8 / 1 1

p p p p p p

m v m v

V m s

m m

    

 

  

 

pr1

2.2.4. Phương tiện dạy học:

1. Giáo viên:

Bộ thí nghiệm cần rung điện kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng.

2.Học sinh:

Ôn tập các kiến thức về gia tốc, định luật II Newton, định luật III Newton.

2.2.5. Tiến trình hoạt động dạy học:

Kiểm tra bài cũ, chuẩn bị điều kiện xuất phát, đặt vấn đề:

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Trong thực tế, các em gặp rất

nhiều hiện tượng va chạm như va chạm giữa các quả bi-a, bóng rơi xuống bàn rồi nảy lên …

Nhìn chung,sau va chạm các vật thu được gia tốc và vận tốc biến đổi đều theo thời gian.

Vận tốc của các vật biến đổi tuân theo quy luật nào?

Trong quá trình va chạm, lực tương tác giữa các vật tuân theo quy luật nào?

Thực tế, các vật tương tác với nhau trong thời gian rất ngắn, lực tác dụng rất lớn, việc đo lực gặp rất nhiều khó khăn, ta không thể sử dụng phương pháp động lực học.

Vậy giải bài toán trên bằng phương pháp nào?

Người ta nghiên cứu và thấy rằng:

HS : vrvr0  a tr

.

HS : Các lực tương tác giữa các vật là những lực trực đối (tuân theo định luật III Newton) và độ lớn tính theo định luật II Newton:

Fma