2.3.1. Mục đích, định hướng xây dựng và yêu cầu
2.3.1.1 Mục đích
- Xây dựng hệ thống BTTN góp phần đổi mới phương pháp dạy học, tạo điều kiện tốt hơn để tích cực hóa hoạt động nhận thức HS nhằm nâng cao hiệu quả dạy học.
47
- Xây dựng hệ thống BTTN nhằm làm phong phú thêm ngân hàng bài tập, trong đó có BTTN hướng tới việc thay đổi dần cách đánh giá cũng như giúp người dạy chủ động hơn trong việc ra đề kiểm tra và đề thi.
- Thông qua việc giải các BTTN nhằm rèn luyện kỹ năng sử dụng các thiết bị, kỹ năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn từ đó tạo niềm đam mê với môn học cho HS.
- Thông qua việc giải các BTTN hình thành những phẩm chất của người lao động như: tính kiên trì, tính cẩn thận, tính khoa học…
- Thông qua việc giải các BTTN tạo điều kiện tốt hơn cho việc tiếp nhận kiến thức từ các phương pháp nhận thức khoa học, đặc biệt là phương pháp thực nghiệm trong vật lí học.
2.3.1.2 Định hướng xây dựng BTTN
- Hệ thống bài tập phải phong phú nội dung, đa dạng về thể loại và bao gồm toàn bộ nội dung của chương.
- Hệ thống bài tập có mức độ khó dần nhằm tạo điều kiện cho HS làm quen dần với BTTN và hướng tới sự phát triển khả năng tư duy và kĩ năng thực hành ở mức độ cao dần.
- Bài tập có thể thay đổi một phần nội dung, điều kiện để có thể phù hợp với từng mục đích và ý đồ sư phạm cụ thể.
- Hệ thống bài tập thí nghiệm với mục đích luyện tập ở nhà chỉ nên dùng những thiết bị đơn giản, rẻ tiền tạo điều kiện cho mọi HS có thể làm thí nghiệm. Bài tập thí nghiệm tiến hành tại lớp cần phù hợp với cơ sở vật chất trường THCS.
- BTTN nên có nội dung gần gủi với những hoạt động thực tiễn của HS.
2.3.1.3 Yêu cầu
- Nội dung kiến thức của hệ thống bài tập phải phù hợp với nội dung dạy học của chương “Cơ học” lớp 8.
- Các bài tập được chọn phải nằm trong một chỉnh thể thống nhất góp phần vào việc hoàn chỉnh kiến thức (kiến thức về các tính chất, các mối quan hệ quy luật của sự
48
vật, hiện tượng vật lí, kiến thức về phương pháp nhận thức khoa học, kiến thức về các ứng dụng vật lí) cho HS.
- Hệ thống bài tập phải đặc thù để giúp HS nắm được phương pháp giải từng dạng cụ thể.
2.3.2 Hệ thống bài tập của chương “Cơ học” (Hình ảnh kèm theo phụ lục)
2.3.2.1 BTTN định tính quan sát và giải thích hiện tượng
Phần kiến thức về lực cơ
Bài tập 1. Đặt một miếng bìa cứng lên miệng cốc, trên miếng bìa cứng ta đặt một vật nặng (chẳng hạn viên bi, pin) sao cho vật nặng nằm phía trên miệng cốc. Rút nhanh tấm bìa ra khỏi miệng cốc. Quan sát, mô tả hiện tượng và giải thích. (Hình 1)
Gợi ý: Dưới lực tác dụng đột ngột và có cường độ lớn thì miếng bìa sẽ chuyển động thế nào? Vật nặng (viên bi, pin) rơi xuống là do đâu?
Đáp án: Khi rút tấm bìa thật nhanh, vật nặng do quán tính nên không chuyển động theo tấm bìa, do không còn vật đỡ nên vật nặng rơi xuống cốc dưới tác dụng của trọng lực.
Bài tập 2. Đặt dựng đứng một khối gỗ nhỏ lên một chiếc xe. Em hãy làm thí nghiệm, mô tả và giải thích hiện tượng đã quan sát được trong 2 trường hợp.
a) Đẩy xe thật nhanh
b) Bôi một ít dầu (mỡ) phần tiếp xúc của gỗ với xe và đẩy xe thật nhanh.
Gợi ý: Trong trường hợp b), mỡ đã bôi vào phần tiếp xúc có tác dụng gì? Đáp án: Khi làm thí nghiệm nhận thấy trong trường hợp a) khối gỗ ngã về phía sau, trường hợp b) thì khối gỗ trượt về phía sau. Giải thích, chính lực ma sát nghỉ đã kéo phần dưới khối gỗ chuyển động theo xe trong khi đó phần trên khối gỗ do quán tính nên vẫn đứng yên kết quả là khối gỗ ngã về phía sau. Trong trường hợp b) khi được bôi mỡ vào phần tiếp xúc, lực ma sát nghỉ giảm đáng kể xem như không có lực tác dụng vào phần dưới khối gỗ, do quán tính búp bê trượt về phía sau.
49
Bài tập 3. Đặt 2 cuốn sách gần nhau. Thả từng trang sách đồng thời sao cho trang của sách này chồng lên trang của sách kia. Ấn mạnh vào chỗ chồng lên nhau của 2 cuốn sách sao cho các trang giấy chồng lên nhau thật sát. Sau đó cầm gáy của một trong 2 cuốn sách nâng lên quan sát cuốn sách còn lại và nhận xét. Ta cũng có thế cầm gáy của 2 cuốn sách kéo ra nhận xét và giải thích.
Gợi ý: - Khi 2 trang sách tiếp xúc với nhau nếu có lực tác dụng sẽ sinh ra loại lực gì lực gì? Lực này là nhỏ hay lớn?
- Vậy có phải cuốn sách ta kéo chỉ có 2 trang sách tiếp xúc với nhau ? Đáp án: Quan sát thấy cuốn sách còn lại không rời ra và được nâng lên theo. Trong trường hợp 2 ta thấy rất khó kéo 2 cuốn sách tách rời nhau. Nguyên nhân được giải thích là giữa các trang sách có ma sát, ma sát của 2 tờ giấy là nhỏ nhưng tổng hợp của lực ma sát của nhiều tờ giấy thì lại không nhỏ, hơn nữa, khi càng kéo các trang gấy càng sát lại nhau hơn nên ma sát càng tăng nên 2 cuốn sách càng khó tách rời nhau.
Phần kiến thức về áp suất
Bài tập 4. Thổi bong bóng từ dưới đáy 1 bình nước cao. Quan sát bong bóng nổi lên, nhận xét và giải thích.
Gợi ý: Khi bong bóng nổi lên, độ sâu của bong bóng so với mặt thoáng của chất lỏng như thế nào? Độ sâu so với mặt thoáng của chất lỏng giảm xuống ảnh hưởng đến đại lượng vật lí nào ?
Đáp án: Quan sát thấy bong bóng nước ngày càng to hơn. Có thể dùng kiến thức của áp suất chất lỏng để giải thích, do bong bóng chuyển động lên nên độ sâu của bong bóng so với mặt thoáng (mặt nước) càng giảm, áp suất của nước tác dụng lên bong bóng càng giảm nên bong bóng càng lên cao càng to hơn.
50
Bài tập 5. Dùng một xi lanh đã tháo đầu kim nhọn, nhấn pít-tông xuống dưới đáy, lấy ngón tay bịt chặt đầu xi lanh, tay còn lại kéo pít-tông lên cao. Thả tay giữ pít- tông thật nhanh, quan sát và giải thích hiện tượng.
Gợi ý: Khi kéo pít - tông lên bên trong pít - tông sẽ thế nào? Áp suất bên ngoài (áp suất khí quyển) so với áp suất trong pít -tông ?
Đáp án: Hiện tượng quan sát được là pít-tông chuyển động đi xuống với một tốc độ rất nhanh. Khi kéo pít - tông lên, trong xi lanh áp suất không khí rất nhỏ nên khi ta thả tay giữ pít-tông thì áp suất khí quyển tác dụng lên pít-tông làm pít-tông chuyển động xuống rất nhanh.
Bài tập 6. Bỏ cốc thủy tinh vào trong bình chứa nước sao cho nước tràn vào toàn bộ cốc thủy tinh. Khi cốc thủy tinh còn chìm trong nước, lật úp cốc thủy tinh và nâng dần cốc thủy tinh lên khỏi mặt nước gần hết chiều cao cốc. Quan sát và giải thích hiện tượng.
Gợi ý: Thí nghiệm vừa làm có điểm tương tự như thí nghiệm nào trong SGK. Áp suất khí quyển gây ra tác dụng gì?
Đáp án: Hiện tượng quan sát thấy trong cốc thủy tinh chứa đầy nước. Giải thích: dựa trên kiến thức về áp suất khí quyển, tương tự như với ống thí nghiệm của Tô-ri-xe-li, áp suất không khí bên ngoài tác dụng vào mặt nước xung quanh nên đẩy nước trong cốc thủy tinh lên đầy cả cốc.
Bài tập 7. Đặt một chậu nước đầy lên vị trí cao, một chậu không ở dưới thấp và 2 chậu không quá xa nhau. Dùng một đầu ống nhựa (loại ống mềm) đặt vào trong chậu có nước. Đầu ống dẫn còn lại dùng miệng hút mạnh để nước đi lên. Khi nước tới miệng dùng tay bịt kín miệng ống lại. Sau đó hướng đầu ống đang cầm xuống chậu phía dưới và thả tay. Quan sát hiện tượng và giải thích.
Gợi ý: Khi hút tại sao nước dâng lên? Khi thả tay áp suất khí quyển còn tác dụng nữa hay không?
51
Đáp án: Sau khi thả tay ta thấy nước tự động chảy từ chậu nước trên xuống chậu nước phía dưới. Nguyên nhân: hút nước rồi lấy tay bịt kín lại thì nước dâng lên do tác dụng của áp suất khí quyển. Khi bẻ cong ống (khi này ống có có dạng hình chữ V ngược) để đầu ống hướng xuống phía dưới rồi thả tay ra thì nước chảy từ trong ống ra đầu vừa thả tay, áp suất không khí tác dụng liên tục đẩy nước trong chậu chạy ra đầu ống còn lại xuống chậu đặt dưới thấp.
Bài tập 8. Đặt 1 tờ báo trên mặt bàn, phía dưới tờ báo đặt một thước gỗ mỏng sao cho 1/3 thước lộ ra khỏi mặt bàn. Dùng một cây thước khác đập mạnh vào đầu thước. Quan sát hiện tượng, nhận xét và giải thích.
Gợi ý: Có những lực nào tác dụng lên tờ báo? Nhận xét về diện tích mà tờ báo tiếp xúc với không khí.
Đáp án: Ta nhận thấy thước bị gãy. Nguyên nhân: do tờ báo có diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí lớn nên áp lực khí quyển tác dụng vào tờ báo lớn. Khi ta đập nhanh do quán tính phần thước nằm dưới tờ báo vẫn nằm yên, phần đầu bị đập chuyển động xuống nên thước bị gãy.
Bài tập 9. Cắm một cây nến vào đĩa, sau đó rót nước vào đĩa. Úp cốc thủy tinh vào cây nến và dùng bút đánh dấu mực nước ở thành cốc. Mở cốc ra, châm nến rồi từ từ úp cốc trùm vào cây nến, quan sát hiện tượng xảy ra và giải thích. (Hình 7)
Gợi ý: Nhận xét về không khí bên trong cốc thủy tinh khi đã úp xuống. Ngọn nến cháy gây tác dụng gì?
Đáp án: Khi úp cốc thủy tinh thì không khí bên ngoài không thể tràn vào, khí oxi bên trong cốc bị đốt làm bên trong cốc áp suất giảm xuống. Áp suất khí quyển bên ngoài đẩy nước trong đĩa vào trong cốc làm mực nước trong cốc dâng lên.
Bài tập 10. Bỏ 2 ruột quả bóng chuyền vào 2 bên đĩa cân Roobecvan sao cho cân thăng bằng. Sau đó bơm khí vào một trong 2 quả bóng, quan sát cân và giải thích hiện tượng.
52
Đáp án: Sau khi bơm khí, ta nhận thấy cân bị nghiêng về phía đĩa có chứa quả bóng được bơm khí. Điều này chứng tỏ không khí có trọng lượng.
Phần kiến thức về cơ năng
Bài tập 11. Buộc 1 sợi dây gai mảnh dài 1,5m vào đầu một chai nước khoáng nhỏ và đầu kia buộc vào vật có khối lượng nhỏ (chẳng hạn 01 pin tiểu). Một tay cầm viên pin và tay kia cầm 1 bút bi và vắt sợi dây qua bút bi sao cho sợi dây vuông góc tại điểm tựa vào bút bi. Thả cho viên pin rơi, quan sát hiện tượng và giải thích? (Hình 8)
Đáp án: Sau khi buông tay, pin chuyển động tròn nhiều vòng xung quanh cây bút. Giải thích: Chai nước rơi xuống đã có sự chuyển hóa năng lượng từ thế năng sang động năng, thông qua sợi dây chai nước đã truyền cho cục pin động năng lớn. Pin khi mới chuyển động do trọng lực đã làm quỹ đạo chuyển động có dạng cong, lực kéo của sợi dây truyền cho pin trở thành lực hướng tâm, chính nhờ sợi dây buộc chặt pin mà pin chuyển động tròn xung quanh tâm là cây bút bi. Trong chuyển động tròn này đã có sự chuyển hóa năng lượng liên tục giữa động năng và thế năng.
2.3.2.2 Bài tập định tính, thiết kế phương án thí nghiệm
Phần kiến thức về lực cơ
Bài tập 12. Cột 2 đầu một sợi dây 2 vật nặng có trọng lượng khác nhau. Vắt sợi dây qua một thanh ngang, ta sẽ nhận thấy sợi dây bị tuột về phía treo vật nặng hơn. Hãy tìm cách làm cho sợi dây có thể nằm vắt trên thanh ngang mà không bị tuột về phía có vật nặng hơn.
Gợi ý: Phân tích các lực tác dụng lên dây. Lực ma sát giữa dây với thanh ngang có tác dụng gì? Làm thế nào để tăng lực ma sát này lên?
Đáp án: Dựa trên kiến thức về lực ma sát, có thể vòng sợi dây qua thanh ngang nhiều vòng, khi đó lực ma sát giữa sợi dây và thanh tăng lên làm dây có thể vắt ngang trên thanh mà không bị tuột về phía treo vật nặng hơn.
53
Phần kiến thức về áp suất
Bài tập 13. Chỉ với một chai nhựa đựng nước và một cái đinh, hãy tìm cách chứng minh áp suất chất lỏng phụ thuộc vào độ sâu.
Gợi ý: Theo công thức tính, khi làm thí nghiệm cần thay đổi yếu tố nào và giữ nguyên yếu tố nào? Thay đổi yếu tố đó bằng cách nào ?
Đáp án: Đục 03 lỗ nhỏ ở độ cao khác nhau trên thành chai nước cao, đổ đầy nước vào trong chai. Kết quả thí nghiệm cho ta thấy, lỗ càng thấp thì tia nước chảy ra càng xa, lỗ càng cao thì tia nước chảy ra càng gần.
Bài tập 14. Đặt một con tem dưới một chiếc nắp nhựa mềm (nắp của hộp sữa bột). Chỉ sử dụng một mẫu bông tẩm cồn và một chiếc cốc thủy tinh, em hãy tìm cách lấy con tem dưới nắp nhựa mà không cần trực tiếp chạm vào nắp nhựa.
Gợi ý: Để lấy được con tem cần phải đưa nắp nhựa ra khỏi vị trí ban đầu. Có thể sử dụng tác dụng của áp suất khí quyển để nâng nắp nhựa lên không? Muốn vậy cần điều kiện gì?
Đáp án: Đặt mẫu bông lên trên nắp nhựa và đốt. Úp chiếc cốc (miệng cốc đã được làm ướt) vào mẫu bông đang cháy. Chờ mẫu bông tắt một thời gian thì cầm chiếc cốc lên, chiếc cốc sẽ kéo theo cả nắp nhựa. Giải thích: mẫu bông đốt cháy oxi trong cốc làm áp suất trong cốc giảm, áp suất khí quyển đẩy nắp nhựa áp chặt vào miệng cốc thủy tinh. (Để tránh cháy nắp nhựa có thể đặt mẫu bông trên một vật kim loại nhỏ)
Bài tập 15. Hãy tìm cách đơn giản để lấy 1 miếng xốp nhỏ trong ống nghiệm mà không cần nghiêng ống nghiệm.
Gợi ý: Nếu không được nghiêng ống nghiệm thì cần có sử dụng “vật” nào đó tác dụng lực lên miếng xốp. Rất khó để có thể kéo miếng xốp lên (vì ống nghiệm nhỏ) vậy có thể đẩy miếng xốp lên được không?
Đáp án: Có thể đổ nước vào ống nghiệm, khi đó miếng xốp tự nổi lên và ta có thể lấy dễ dàng.
54
Bài tập 16. Gắn thêm một số vật nặng vừa phải để cốc nhựa có thể chìm trong nước (hoặc có thể dùng cốc inox đựng nước đá). Bỏ cốc nhựa vào trong bình chứa nước sao cho nước tràn vào toàn bộ cốc. Khi cốc chìm trong nước, lật úp cốc. Dưới đáy bình chứa đặt 3 vật nhỏ sao cho khi cốc nhựa chìm miệng cốc nằm trên 3 vật mà không tiếp xúc với đáy bình chứa. Chỉ bằng chiếc ống hút (loại đầu có thể gập lại) mà không tiếp xúc với cốc em hãy tìm cách làm cho cốc có thể nổi lên.
Gợi ý: Có những lực nào tác dụng lên cốc? Điều kiện nào để một vật nổi lên? Có thể làm thay đổi trọng lượng riêng của “vật” trong trường hợp này hay không ?
Đáp án: Bẻ đầu ống hút và đặt đầu ống xuống nước sao cho đầu ống nằm phía dưới cốc. Thổi khí, thông qua ống hút khí bị đưa xuống phía dưới cốc rồi nổi lên chiếm vị trí của nước trong cốc. Lúc này, chúng ta đã làm thay đổi trọng lượng riêng của “vật”. Nhờ lực đẩy Ác-si-mét đẩy cốc nổi lên.
Bài tập 17. Dùng một chai thủy tinh nhỏ (chai Penicylin chẳng hạn) cho vào ít nước và đậy kín sao cho khi thả vào nước chai này nổi lơ lửng. Cho 3 chất lỏng khác nhau vào trong 3 bình chứa. Hãy dùng chai thủy tinh trên để nhận biết trọng lượng riêng của chất lỏng nào lớn nhất, nhỏ nhất.
Gợi ý: Lực đẩy Ác-si-mét phụ thuộc yếu tố nào? Lực đẩy Ác-si-mét khác nhau sẽ tác dụng thế nào lên chai thủy tinh?
Đáp án: Nhận biết bằng cách thả chai lần lượt vào 3 bình. Chất lỏng trong