TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ NHƢ Ý SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ HỌC CỔ ĐIỂN VẬT LÍ (10 THPT) Chuyên ngành: Lí luận và Phƣơng pháp dạy học bộ môn Vật lí KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Th.S NGUYỄN ANH DŨNG HÀ NỘI, 2015 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên cho em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong tổ Phƣơng Pháp dạy học bộ môn Vật lí – Trƣờng đại học Sƣ phạm Hà Nội 2, đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy giáo – ThS Nguyễn Anh Dũng đã tận tình hƣớng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Em xin cám ơn Ban giám hiệu, tập thể giáo viên tổ Vật lí – Công nghệ ở trƣờng THPT Dƣơng Xá – Gia Lâm – Hà Nội đã tạo điều kiện giúp em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã quan tâm động viện và tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành đề tài này. Hà Nội, tháng 5 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Nhƣ Ý LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi, nó không trùng với bất cứ tài liệu nghiên cứu nào. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong khóa luận là trung thực và chƣa có ai công bố trong một công trình nào khác. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, tháng 5 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Nhƣ Ý MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN CHUNG VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN VỀ TÍNH HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ .................................................................................................... 5 1.1. Phƣơng pháp thực nghiệm trong nghiên cứu và dạy học vật lí ................ 5 1.1.1. Nội dung của phƣơng pháp thực nghiệm ................................................ 6 1.1.2. Phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ...................................... 6 1.2. Sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí trong dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông ............................................................................................... 7 1.2.1. Mục đích của việc việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí ........................................................................................................................... 7 1.2.2. Rèn luyện cho học sinh nhận thức theo các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm ...................................................................................................... 7 1.2.3. Các biện pháp rèn luyện cho học sinh sử dụng các phƣơng pháp thực nghiệm ............................................................................................................. 11 1.3. Những đặc điểm, yêu cầu mới của chƣơng trình vật lí phổ thông ........... 11 CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VỀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ HỌC CỔ ĐIỂN VẬT LÍ 10 THPT 13 2.1 Một số thí nghiệm có thể sủ dụng trong dạy học Vật lí 10 THPT ............ 13 2.1.1 Thí nghiệm khảo sát định luật I Niu-tơn trên đệm không khí (Thí nghiệm 1)......................................................................................................... 13 2.1.2 Thí nghiệm nghiệm lại định luật II Niu-tơn với thiết bị đồng hồ rung (Thí nghiệm 2) ................................................................................................. 14 2.1.3 Thí nghiệm nghiệm lại định luật bảo toàn động lƣợng (Thí nghiệm 3) 17 2.2 Thiết kế tiến trình dạy học một số định luật cơ học cổ điển trong SGK vật lí 10 .................................................................................................................. 20 2.2.2 Tiến trình dạy học bài “Định luật II Niu-tơn” SGK Vật lí 10 Nâng cao. ......................................................................................................................... 28 2.2.3. Tiến trình dạy học bài “Động lƣợng Định luật bảo toàn động lƣợng” SGK Vật lí 10 .................................................................................................. 38 CHƢƠNG 3: DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM.................................. 54 3.1. Mục đích của TNSP ................................................................................. 54 3.2. Nhiệm vụ của TNSP................................................................................. 54 3.3. Đối tƣợng thực nghiệm ............................................................................ 54 3.4. Tiến hành thực nghiệm............................................................................. 54 3.4.1. Chuẩn bị TNSP ..................................................................................... 54 3.4.2. Tiến hành THSP .................................................................................... 55 3.5. Phân tích kết quả TNSP ........................................................................... 55 3.5.1 Phân tích định tính ................................................................................. 55 3.5.2 Phân tích định lƣợng .............................................................................. 56 KẾT LUẬN CHUNG ...................................................................................... 58 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................ 59 PHỤ LỤC BẢNG CHŨ CÁI VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ ĐL Định luật ĐLBT Định luật bảo toàn GV Giáo viên HS Học sinh SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thong TNSP Thực nghiệm sƣ phạm MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Vật lí học là một khoa học thực nghiệm. Trong giảng dạy vật lí, thực nghiệm là một công cụ vô cùng quan trọng để học sinh có thể học tập chiếm lĩnh kiến thức, qua đó học sinh một lần nữa thêm tin tƣởng vào tính đúng đắn, chân thực khách quan của các định lí, định luật vật lí. Nếu những kiến thức trong sách giáo khoa không đi kèm với các thí nghiệm kiểm chứng mà bắt buộc học sinh phải thừa nhận thì sẽ khiến học sinh không có hứng thú nhiều với bài học, đồng nghĩa với việc chất lƣợng dạy học chƣa thực sự có hiệu quả. Thay vào đó, học sinh đƣợc quan sát các thí nghiệm hay đƣợc làm thí nghiệm dƣới sự hƣớng dẫn của giáo viên, biết đƣợc bản chất hiện tƣợng vật lí và kết quả thí nghiệm xảy ra sẽ kích thức học sinh tiếp thu và chiếm lính kiến thức một cách trực quan, chủ động sáng tạo, hiệu quả học tập sẽ đƣợc nâng cao. Khi đƣa các thí nghiệm vào trong bài giảng, giáo viên cũng phát huy tối đa năng lực cũng nhƣ hiệu quả giảng dạy của mình. Lí luận và thực tiễn đã chứng minh rằng thí nghiệm có vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình hình thành kiến thức mới cho học sinh và thí nghiệm cũng có thể kiểm lại kiến thức mới. Trong chƣơng trình vật lí phổ thông các kiến thức đƣợc hình thành chủ yếu bằng hai con đƣờng chính là thực nghiệm và suy luận lí thuyết. Tuy nhiên để khiến học sinh tin vào tính đúng đắn của các kiến thức vật lí chỉ bằng lí thuyết không thì chƣa đủ và nên có những kiểm chúng có thể có, dƣới sự hƣớng dẫn của giáo viên để học sinh làm hay giáo viên làm cho học sinh quan sát. Trong bộ môn phƣơng pháp lí luận dạy học vật lí chƣa có nhiều các công trình nghiên cứu về lĩnh vực phát triển tƣ duy thực nghiệm cho học sinh. 1 Hoạt động đƣa thí nghiệm vào giảng dạy vật lí ở trƣờng phổ thông chƣa thực sự đƣợc chú trọng và quan tâm. Vì nhƣng lí do nêu trên nhằm đi đến mục đích phát triển tƣ duy thực nghiệm cho học sinh và giúp học sinh học tập tốt hơn nên chúng tôi chọn đề tài “Sử dụng thí nghiệm vào dạy học một số định luật cơ học cổ điển” (Vật lí 10 THPT). 2. Mục đích nghiên cứu Sử dụng các thí nghiệm trong dạy học nhằm nâng cao chất lƣợng dạy học cho học sinh khi nghiên cứu một số định luật cơ học cổ điển. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng: Các thí nghiệm đƣa vào dạy học vật lí nhằm xây dựng, kiểm chứng một số định luật cơ học cổ điển trong dạy học một số định luật cơ học cổ điển (SGK Vật lí 10). Phạm vi: Do thời gian và nhiều nguyên nhân khách quan nên tôi chỉ nghiên cứu các thí nghiệm kiểm nghiệm một số định luật cơ học cổ điển trong Sách giáo khoa vật lí 10, chƣơng Động lực học chất điểm và chƣơng Các định luật bảo toàn. 4. Giả thuyết khoa học Khi đƣa các thí nghiệm vật lí vào giảng dạy một số định luật cơ học của cổ điển theo cách hợp lí sẽ góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho nâng cao chất lƣợng dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu lí luận về phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học. 5.2 Điều tra thực trạng dạy học vật lí có sử dụng thí nghiệm ở lớp 10 trƣờng phổ thông 5.3 Thiết kế các bài giảng về một số định luật cơ học cổ điển có sử dụng thí nghiệm. 2 5.4 Dự kiến thực nghiệm sƣ phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của tiến trình đã xây dựng. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lí luận về tính hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm vào trong dạy học vật lí. Nghiên cứu tài liệu: nghiên cứu cấu trúc, nội dung chƣơng trình Vật lí THPT nói chung và phần dạy học một số định luật của cơ học cổ điển ở THPT nói riêng. Điều tra thực trạng dạy học một số định luật cơ học cổ điển của giáo viên và học sinh lớp lớp 10 bằng cách trao đổi với giáo viên và học sinh, khảo sát qua các bài kiểm tra 15 phút, 1 tiết. Dự kiến thực nghiệm sƣ phạm để kiểm nghiệm tính khoa học, khả thi, hiệu quả của đề tài sử dụng thí nghiệm vào trong dạy học một số định luật cơ học cổ điển. 7. Đóng góp của đề tài 7.1 Đóng góp về mặt lí luận: Cho thấy đƣợc tầm quan trọng của việc sử dụng các thí nghiệm vật vào dạy học một số định luật cơ học cổ điển nói riêng và dạy học vật lí nói chung. 7.2 Đóng góp về mặt thực tiễn: - Giúp học sinh có các nhìn trực quan về tính đúng đắn của các định luật vật lí, góp phần nâng cao chất lƣợng dạy và học. - Góp phần nâng cao chất lƣợng dạy và học một số định luật cơ học cổ điển. - Giúp học sinh tiếp cận với phƣơng pháp thực nghiệm. 8. Cấu trúc khóa luận Phần 1: Mở đầu Phần 2: Nội Dung 3 Chƣơng 1. Cơ sở lí luận chung và cơ sở thực tiễn về tính hiệu quả của việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy hoc vật lí. Chƣơng 2. Nội dung về sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học một số định luật cơ học cổ điển vật lí 10 THPT (khi dạy học 3 bài: VẬT LÍ 10 THPT + “Định luật I Niu-tơn” SGK Vật lí 10 nâng cao. + “Định luật II Niu-tơn” SGK Vật lí 10 nâng cao. + “Động lƣợng Định luật bảo toàn động lƣợng” SGK Vật lí 10.) Chƣơng 3. Dự kiến thực nghiệm sƣ phạm. Phần 3: Kết luận chung. 4 CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN CHUNG VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN VỀ TÍNH HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1. Phƣơng pháp thực nghiệm trong nghiên cứu và dạy học vật lí Vật lí là môn khoa học thực nghiệm và Galile đƣợc mệnh danh là ông tổ của vật lí thực nghiệm là ngƣời đầu tiên chính thức đặt nền móng cho việc đƣa thực nghiệm vào nghiên cứu vật lí. Cũng nhờ phƣơng pháp thực nghiệm mà các ngành khoa học nói chung và vật lý học nói riêng đã có những bƣớc tiến vƣợt bậc. Trình tự việc nghiên cứu của Galile theo phƣơng pháp thực nghiệm có thể nói một cách ngắn ngọn nhƣ sau: Trƣớc một hiện tƣợng cần giải thích và tìm hiểu Galile bắt đầu quan sát để xác định rõ vấn đề cần nghiên cứu, đƣa ra một cách giải thích dựa vào lí thuyết có tính chất dự đoán. Từ lý thuyết đó ông rút ra kết luận có thể kiểm tra đƣợc bằng thực nghiệm. Tiếp theo đó ông thiết kế và tiến hành phƣơng án thí nghiệm phù hợp, tạo điều kiện thí nghiệm và phƣơng tiện thí nghiệm phù hợp nhất có thể đạt kết quả với độ tin cậy lớn nhất có thể. Cuối cùng ông đối chiếu kết quả thực nghiệm với lý thuyết ban đầu. Ta có thể mô tả quá trình nhận thức vật lý chi cụ thể, chi tiết hơn bao gồm các giai đoạn điển hình sau: Thực tiễn → vấn đề → giả thuyết → hệ quả → định luật → lý thuyết → thực tiễn. Khoa học là một chu trình của lí thuyết và thực nghiệm. Các lí thuyết khoa học đƣợc đƣa ra để giải thích kết quả thí nghiệm tạo ra dƣới những điều kiện nhất định. Một lí thuyết thành công cũng sẽ đƣa ra những tiên đoán mới về những thí nghiệm mới dƣới những điều kiện mới. Cuối cùng, điều luôn xảy ra là một thí nghiệm mới xuất hiện, cho thấy dƣới những điều kiện nhất định, 5 lí thuyết đó không hẳn là một sự gần đúng tốt hay thậm chí không còn giá trị nữa. Nếu một thí nghiệm không ăn khớp với lí thuyết hiện tại, thì lí thuyết đó phải thay đổi, chứ không phải thí nghiệm thay đổi. 1.1.1. Nội dung của phƣơng pháp thực nghiệm Thực chất của phƣơng pháp thực nghiệm của Galile đã đƣợc Spaski nêu lên nhƣ sau: “Xuất phát từ quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng một giả thuyết. Giả thuyết đó không đơn giản chỉ là sự tổng quát hóa các các thí nghiệm đã làm, mà nó chứa đựng cái gì đó mới mẻ, không có sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể. Bằng phép suy luận logic và bằng toán học nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó mà suy ra một số hệ quả, tiên đoán một số sự kiện mới trƣớc đó chƣa biết đến. Nhƣng hệ quả và sự kiện mới đó lại có thể kiểm tra bằng thực nghiệm. Nếu hệ quả và sự kiện mới đó phù hợp với kết quả thí nghiệm thì nó khẳng định sự đúng đắn của giả thuyết và khi đó giả thuyết đƣợc coi là một định luật Vật lý chính xác”[1]. 1.1.2. Phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí “Môn vật lí là bộ môn khoa học thực nghiệm ở trƣờng phổ thông. Các định luật hay các kiến thức nói chung trong chƣơng trình vật lí phổ thông hầu hết đƣợc hình thành dựa trên con đƣờng thực nghiệm vì vậy đƣa phƣơng pháp thực nghiệm vận dụng vào quá trình giảng dạy vật lí là rất phù hợp, rất sáng tạo”[6]. Trong đổi mới chƣơng trình vật lí ở trƣờng phổ thông hiện hành thì phƣơng pháp thực nghiệm lại càng đƣợc coi trọng hơn, có thể xem là một nhƣ là một cách mạng làm thay đổi phƣơng pháp dạy học. Trong quá trình dạy vật lí đóng vai trò là ngƣời hƣớng dẫn học sinh chủ động chiếm lĩnh kiến thức, ngƣời thầy phải làm cho học sinh hiểu đƣợc và từng bƣớc biết vận dụng phƣơng pháp thực nghiệm để khám phá kiến thức theo chƣơng trình, sách giáo khoa và trong thực tiễn đời sống. 6 Về bản chất phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học Vật lý ta hiểu là phƣơng pháp dạy học, trong đó ta vận dụng phƣơng pháp thực nghiệm của quá trình nhận thức khoa học vào dạy học hay là dạy cho học sinh biết cách tìm tòi sáng tạo theo phƣơng pháp thực nghiệm. Từ đó học sinh có thể phát huy tính tích cực, tự giác và sáng tạo trong hoạt động học tập và việc chiếm lĩnh kiến thức của mình. 1.2. Sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí trong dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông 1.2.1. Mục đích của việc việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí - Giúp học sinh chiếm lĩnh kiến thức một cách chủ động, sáng tạo và hiệu quả bằng con đƣờng thực nghiệm. - Nâng cao khả năng sáng tạo của học sinh thiết kế phƣơng án thí nghiệm, và kĩ năng quan sát cũng nhƣ tiến hành thí nghiệm, thu thập và sử lí số liệu, đối chiếu thực nghiệm với lí thuyết. - Học sinh có cái nhìn khách quan và tin tƣởng vào tính đúng đắn của các kiến thức vật lí, hiểu đƣợc bản chất của kiến thức vật lí, giải thích đƣợc các hiện tƣợng vật lí liên quan giúp học sinh nhớ nhanh và nhớ lâu kiến thức. 1.2.2. Rèn luyện cho học sinh nhận thức theo các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm 1.2.2.1. Các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học ở trƣờng phổ thông Việc dạy vật lí ở trƣờng phổ thông theo phƣơng pháp thực nghiệm có thể gồm các giai đoạn sau: Giai đoạn 1: Làm xuất hiện vấn đề: Giáo viên mô tả hoàn cảnh thực tiễn hay biểu diễn một vài thí nghiệm yêu cầu học sinh dự đoán diễn biến của hiện tƣợng, tìm nguyên nhân hoặc xác lập mối liên hệ nào đó. 7 Giai đoạn 2: Xây dựng dự đoán (xây dựng giả thuyết): Trên cơ sở yêu cầu HS dự đoán diễn biến của hiện tƣợng, tìm nguyên nhân hoặc xác lập mối liên hệ nào đó thì GV hƣớng dẫn, gợi ý cho HS đƣa ra các dự đoán ban đầu, dựa vào sự quan sát tỉ mỉ, suy luận logic, kinh nghiệm bản thân, những kiến thức đã có… Giai đoạn 3: Suy luận ra hệ quả: Từ những dự đoán đã đƣa ra, dùng suy luận logic, suy luận toán học đƣa đến một hệ quả cụ thể, dự đoán một hiện tƣợng mới trong thực tiễn mà có thể kiểm tra đƣợc bằng thí nghiệm. Giai đoạn 4: Đề xuất và tiến hành phƣơng án thí nghiệm kiểm tra hệ quả : Xây dựng, thiết kế và thực hiện một phƣơng án thí nghiệm kiểm tra dự đoán hay giả thuyết một cách chính xác nhất có thể, xem hệ quả dự đoán ở trên có phù hợp với kết quả thí nghiệm hay không? Nếu phù hợp thì giả thuyết trên trở thành một chân lý, nếu không phù hợp thì phải đi xây dựng một giả thuyết mới. Giai đoạn 5: Vận dụng giả thuyết: Nếu giả thuyết đƣợc kiểm nghiệm là đúng, HS sẽ vận dụng các kiến thức đó để giải thích một số hiện tƣợng liên quan trong cuộc sống, vận dụng giải quyết các vấn đề cần mà HS cần làm trong phạm vi giả quyết của kiến thức vừa học. Trong quá trình giải quyết các vấn đề đó có thể lại nảy sinh những vấn đề mới hay nếu giả thuyết không phù hợp với thực nghiệm thì sẽ phải giả thuyết mới hình thành và tiếp tục thiết kế tiến hành phƣơng án thí nghiệm mới để kiểm tra giả thuyết mới, điều đó có nghĩa là một chu trình mới cuộc việc HS nhận thức kiến thức theo phƣơng pháp thực nghiệm bắt đầu. Rèn luyện cho HS kĩ năng quan sát, làm thí nghiệm và xử lí kết quả thí nghiệm. Việc đƣa phƣơng pháp thực nghiệm vào dạy học không những để đảm bảo cho việc học sinh nhận thức, chiếm lĩnh kiến thức một cách chủ động, 8 sáng tạo mà còn đảm bảo cho việc phát triển tƣ duy thực nghiệm cho học sinh. Tuy nhiên tùy thuộc vào từng đối tƣợng học sinh và đối tƣợng bài học mà các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học đƣợc tiến hành ở các cấp độ khác nhau. Với cách tính trung bình ta có thể có thể chia thành các mức độ tƣơng úng với các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm nhƣ sau: Giai đoạn 1: làm xuất hiện vấn đề Mức độ 1: đối tƣợng học sinh khá giỏi hoặc các bài có kiến thức dễ hiểu HS tự lực suy nghĩ tìm tòi phát hiện, giải quyết vấn đề, GV hƣớng dẫn học sinh bằng các câu hỏi gợi mở, qua đó HS có thể phát hiện ra những tính chất hay những mối quan hệ đáng chú ý trong vấn đề cần nghiên cứu. Mức độ 2: đối với học sinh trung bình hay dƣới trung bình, GV cần gợi ý cho HS bằng cách tạo ra hoàn cảnh mới trong đó xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu. Từ đó giáo viên định hƣớng học sinh suy nghĩ tìm tòi hƣớng giải quyết tiếp hoặc giáo viên có thể gọi ý phƣơng hƣớng giả quyết. Giai đoạn 2: Xây dựng giả thuyết Mức độ 1: Dự đoán định tính: đối với những hiện tƣợng phức tạp, khó hiểu giáo viên định hƣớng cho học sinh dự đoán định tính. Nếu cần thiết GV có thể gợi ý 2, đến 3 phƣơng án để HS lựa chọn. Mức độ 2: Dự đoán định lƣợng: đối với hiện tƣợng đơn giản bằng quan sát thông thƣờng có thể đƣa ra dự đoán khá chính xác về mối quan hệ giữa các đại lƣợng cần biểu diễn, và có thể hƣớng dẫn học sinh tìm ra bản chất của hiện tƣợng. Giai đoạn 3: Suy luận hệ quả: nếu việc suy luận hệ quả không quá khó thì có thể chia thành các mức độ sau: Mức độ 1: Có thể xây đựng hệ quả nhờ qua quan sát đo lƣờng trực tiếp. 9 Mức độ 2: Hệ quả không thể xây dựng đƣợc bằng việc đo lƣờng hoặc quan sát trực tiếp mà phải dựa trên các suy luận logic, suy luận toán học. GV sẽ định hƣớng cho HS trong việc suy luận hệ quả. Mức độ 3: Hệ quả suy luận đƣợc phải thực hiện dựa trên một số điều kiện lí tƣởng mà ta giả thiết. Giai đoạn 4: Đề xuất và tiến hành phƣơng án thí nghiệm kiểm tra hệ quả Mức độ 1: HS có thể tự đề xuất và tiến hành phƣơng án thí nghiệm để kiểm tra: cách tiến hành thí nghiệm kiểm tra hệ quả đơn giản, các thiết bị, dụng cụ sử dụng để có thể kiểm tra hệ quả đó đơn giản, quen thuộc, dễ tìm và dễ sử dụng. Mức độ 2: Giáo viên gợi ý cho HS đề xuất phƣơng án thí nghiệm kiểm tra hệ quả và hƣớng dẫn học sinh làm thí nghiệm: thí nghiệm kiểm tra hệ quả khá phức tạp, thiết bị thí nghiệm khó tìm, khó sử dụng. Mức độ 3: Giáo viên đề xuất phƣơng án thí nghiệm kiểm tra và tiến hành thí nghiệm cho học sinh quan sát, hoăc trình chiếu video của thí nghiệm đó cho học sinh quan sát đối với các thí nghiệm kiểm tra hệ quả có độ phức tạp cao, không thể tiến hành trong điều kiện ở trƣờng phổ thông mà phải tiến hành ở các phòng thí nghiệm chuyên dụng của các nhà khoa học. Giai đoạn 5: Vận dụng giả thuyết: nếu giả thuyết đó đƣợc kiểm nghiệm là đúng thì ta chia thành các mức độ sau: Mức độ 1: Áp dụng trực tiếp hệ quả để giải quyết các nhiệm vụ khác trong bài học và giải thích một số hiện tƣợng vật lí đơn giản liên quan. Mức độ 2: Kết hợp giả thuyết đó với các kiến thức đã biết hoặc các suy luận logic để giải quyết nhiệm vụ của bài học, hoặc đi sâu vào việc hình thành một giả thuyết mới có cở sở dựa trên giả thuyết đúng vừa đƣợc kiểm nghiệm. 10 1.2.3. Các biện pháp rèn luyện cho học sinh sử dụng các phƣơng pháp thực nghiệm - Thiết kế tiến trình dạy học một bài vật lí theo các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm. - Xây dựng tình huống có vấn đề tạo không khí học tập thuận lợi. - Tổ chức hình thức học tập đa dạng trong giờ học. - Lựa chọn, cung cấp cho học sinh nhƣng phƣơng tiện công cụ cần thiết để thực hiện các hoạt động học tập. - Cho học sinh làm quen với các phƣơng pháp nhận thức vật lí khác. - Xác định và lựa chọn các mức độ thích hợp yêu cầu học sinh tự lực thực hiện các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm. 1.3. Những đặc điểm, yêu cầu mới của chƣơng trình vật lí phổ thông Các mục tiêu và việc dạy học ở trƣờng phổ thông đƣợc thực hiện chủ yếu thông qua việc dạy học các môn học. Vật lí cũng là một trong các môn khoa học ở trƣờng phổ thông không chỉ trang bị cho HS kiến thức cơ bản, hiện đại mà còn góp phần giáo dục và phát triển toàn diện cho HS. Dạy học là quá trình hoạt động có mục đích của GV và HS trọng sự tƣơng tác qua lại lẫn nhau thống nhất, biện chứng của giáo viên, HS và tƣ liệu hoạt động dạy học. Trong dạy học vật lí GV đóng vai trò là ngƣời tổ chức kiểm tra, định hƣớng hành động của học sinh tự chủ chiếm lĩnh, xây đựng tri thức vật lí và rèn luyện kĩ năng của mình. Đồng thời thông qua quá trình đó năng lực trí tuệ, tƣ duy và nhân cách của HS cũng đƣợc phát triển toàn diện. Vật lí là một ngành khoa hoc nghiên cứu các quy luật các tính chất chung nhất của cấu trúc, sự tƣơng tác và chuyển động của vât chất. Vật lí không chỉ liệt kê mô tả hiện tƣợng mà còn đi sâu nghiên cứu bản chất, khảo sát mặt định lƣợng và tìm ra các quy luật chung của chúng. Sự phát triển của vật lí học là cơ sở của nhiều ngành khoa học, kĩ thuật công nghệ tiên tiến. Các 11 kiến thức Vật lí đƣợc xem nhƣ những mô hình con ngƣời dựng lên để biểu đạt hiện thực. Do vậy quá trình dạy học Vật lí đƣợc thực hiện chủ yếu theo tiến trình mô hình hóa trong những tình huống có vấn đề, HS là những ngƣời phát hiện ra vấn đề và giải quyết vấn đề dƣới sự hƣớng dẫn của GV để đảm bảo sao HS chiếm lĩnh kiến thức một cách chủ động sáng tạo. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 Trong chƣơng này chúng tôi đã trình bày cơ sở lí luận chung và cơ sở thực tiễn về tính cần thiết của việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí nói chung và dạy học một số định luật cơ học cổ điển gồm có các nội dung sau: - Phƣơng pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lí + Nội dung của phƣơng pháp thực nghiệm + Phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí - Sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí trong dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông + Mục đích của việc việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí. + Rèn luyện cho học sinh nhận thức theo các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm. + Các biện pháp rèn luyện cho học sinh sử dụng các phƣơng pháp thực nghiệm. Sử dụng thí nghiệm vào dạy học vật lí là một phƣơng pháp dạy học đem lại hiểu quả cao, giúp học sinh chiếm lĩnh kiến thức một cách chủ động, sáng tạo. 12 CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VỀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ HỌC CỔ ĐIỂN VẬT LÍ 10 THPT 2.1 Một số thí nghiệm có thể sủ dụng trong dạy học Vật lí 10 THPT 2.1.1 Thí nghiệm khảo sát định luật I Niu-tơn trên đệm không khí (Thí nghiệm 1) 2.1.1.1 Mục đích thí nghiệm Nghiệm lại định luật I Niu-tơn 2.1.1.2. Dụng cụ thí nghiệm Bộ dụng cụ đệm không khí gồm: - Đệm không khí có gắn thƣớc thẳng milimet, bơm nén khí P cùng ống dẫn, 2 xe trƣợt và các gia trọng, 2 máy đo thời gian hiện số, 2 đầu cảm biến quang điện hồng ngoại, chi tiết tạo va chạm mềm và va chạm đàn hồi. Phần cơ bản của thiết bị đệm không khí là một hộp kim loại hình mái nhà có nhiều các lỗ nhỏ, một đầu bịt kín và đầu kia nối với một bơm nén khí P. 2.1.1.3 Tiến hành thí nghiệm Hai cảm biến đƣợc gắn trên đệm không khí, khoảng cách giữa 2 đầu cảm biến là 40cm. Bật công tác cho máy nén khí hoạt động (chú ý chỉnh tốc độ khí thổi vừa phải điều chỉnh cho đệm không khí thăng bằng). Kéo xe ra khỏi khoảng giữa 2 cảm biến. Bật công tắc 2 máy đo thời gian t1 và t2, bấm nút “RESET” trên 2 máy để chuyển về số “0” các chỉ thị trên “mắt” máy. Bấm nút “STAR” Trƣờng hợp 1: Khi đệm không khí đã cân bằng ta bỏ tay không giữ xe trên đệm không khí. Trƣờng hợp 2: Đẩy nhẹ xe cho xe (phía trên gắn thanh chắn ánh sáng) chạy qua 2 đầu cảm biến Đ1 và Đ2. Đọc ghi thời gian chuyển động của 2 xe 13 trên máy đo thời gian vào bảng. Lặp lại thí nghiệm này nhiều lần, thêm 2 lần nữa với khoảng cách giữa 2 cảm biến là 45cm và 50cm. 2.1.1.4 Kết quả thí nghiệm Đại lƣợng t1(s) t2(s) t1/t2 Lần TN 1 2 3 Bảng 1 Theo định luật I Niu-tơn khi hợp lực tác dụng lên vật bằng 0 thì vẫn đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều. Với trƣờng hợp 1: ta bỏ tay không giữ xe, xe luôn đứng yên không bị trôi thì định luật I Niu-tơn đƣợc nghiệm đúng một phần. Với trƣờng hợp 2: Thời gian t1 và t2 trong các lần đo mà bằng nhau hoặc xấp xỉ bằng nhau, tỉ số t1/t2 bằng 1 thì định luật I Niu-tơn đƣợc nghiệm đúng phần còn lại. 2.1.2 Thí nghiệm nghiệm lại định luật II Niu-tơn với thiết bị đồng hồ rung (Thí nghiệm 2) 2.1.2.1 Mục đích thí nghiệm Cho HS nghiệm lại định luật II Niu-tơn bằng thiết bị đồng hồ rung. 2.1.2.2 Cở sở lí thuyết. Khi một vật chịu tác dụng của lực không đổi thì nó sẽ chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc a. Hiệu độ dời mà chúng thực hiện trong các khoảng thời gian t liên tiếp bằng nhau là: ∆l1 = l2 – l1 = a.t2 ∆l2 = l3 – l2 = a.t2 14 … Nên độ lớn có thể xác định đƣợc theo công thức a = ∆l/t2 2.1.2.3 Dụng cụ thí nghiệm - Thiết bị đồng hồ rung, máng nhôm có rãnh, các xe lăn và gia trọng, các băng giấy có kích thƣớc 1 x 30 cm 2.1.2.4 Tiến hành thí nghiệm Trƣờng hợp 1: Cố định khối lƣợng vật chuyển động. Giáo viên tiến hành khử ma sát đối với xe lăn trƣợt trên mặt phẳng nghiêng bằng cách xác định góc nghiêng α thỏa mãn sao cho thành phần Psinα của xe lăn cân bằng với Fms (GV tiến hành trƣớc ở nhà. Có thể để đồng hồ rung trên giá đỡ vạn năng hoặc vào hộp gỗ, dùng tấm gỗ kê nâng cao đồng thời) nhƣ hình vẽ: α Hình 1 - Bố trí thí nghiệm nhƣ hình 1 Đặt máng nhôm nằm song song với hộp gỗ. Nhỏ mực vào đầu bút dạ. Lắp băng giấy vào đồng hồ rung, một đầu băng giấy nắp vào đinh ốc của xe lăn, xê dịch vị trí của máng sao cho khi xe chạy băng giấy cũng chậy thẳng và luôn bám sát vào mắt con lăn của đồng hồ rung trên giá đỡ để đánh đấu quãng đƣờng đi đƣợc của xe trong nhƣng khoảng thời gian liên tiếp t = 0,1 s 15 Kéo căng băng giấy, bấm điện cho đồng hồ rung hoạt động, đợi vài giây cho cần rung dao động đều. Buông tay cho xe lăn chuyển động không vận tốc ban đầu. Khi băng giấy ra khỏi đồng hồ rung, ngắt điện cho đồng hồ rung ngừng hoạt động. Lấy băng giấy mới và tiến hành lại thí nghiệm nhiều lần rồi ghi kết quả vào bảng sau: Khối lƣợng của xe: M = ……±…… (kg); t = ………………………(s) Lực Lần TN l 1 ∆ 2 2 3 l1 ∆ l2 l3 ∆ ltb mm mm mm mm mm mm mm F1 = F2 = F3 = Bảng 2 16 ∆a = ∆l/t2 a∆ = atb a atb+∆a (m/s2) Lập thƣơng số: a1/a2 và a1/a3 Kết luận: Độ lớn gia tốc tỉ luận thuận với độ lớn lực tác dụng. 2.1.3 Thí nghiệm nghiệm lại định luật bảo toàn động lƣợng (Thí nghiệm 3) 2.1.3.1 Mục đích - Nghiệm lại định luật bảo toàn động lƣợng. 2.1.3.2 Cơ sở lí thuyết “ Tổng động lƣợng của hệ cô lập đƣợc bảo toàn P  n m i 1 i vi  const (2.1) - Xét hệ hai vật có khối lƣợng m1, m2 cùng chuyển động trên một đƣờng thẳng với vận tốc lần lƣợt là v1 và v 2 nhƣ hình 2: v2 v1 m1 m2 0 x Hình 2 Trƣờng hợp 1: Giả sử va chạm là xuyên tâm và hoàn toàn đàn hồi, bỏ qua ma sát giữa các vật với mặt phẳng ngang. Sau va chạm hai vật chuyển động với vận tốc v1 và v 2 có trị số khác nhau. Theo định luật bảo toàn động lƣợng ta có: m1 v1  m2 v2  m1 v1'  m2 v2' (2.2) Chiếu phƣơng trình (2) lên 0x ta có: m1v1 + m2v2 = m1 v1’ + m2 v2’ (2.3) Nếu m1 = m2 = m thì (2.3) trở thành : 17 v1 + v2 = v1’ + v2’ (2.4) Nếu quy ƣớc chiều dƣơng là chiều của vật m1 ta có: v1 - v2 = v2’ - v1’ (2.5)  (2.6) v1 + v1’ = v2 + v2’ Nếu gọi t1 và t1’ là khoảng thời gian vật 1 đi đƣợc cùng một khoảng cách l trƣớc và sau va chạm thì: v1 = l/t1; v’1 = l/t2 tƣơng tự đối với vật 2: v2 = l/t2; v’2 = l/t2 1 1  t1 t1 ' l l l l 1   Ta suy ra:  => 1 1 t1 t1 ' t 2 t 2 '  t2 t2 ' (2.7) -Trƣờng hợp 2: Va chạm giữa 2 vật là va chạm không đàn hồi (va chạm mềm). Sau va chạm hai vật gắn vào nhau và chuyển động cùng vận tốc v ' . Theo biểu thức (2.2) suy ra hình chiếu trên phƣơng ngang của tổng động lƣợng của hệ 2 vật trƣớc và sau va chạm có trị số không đổi: (m1 + m2 )v’ = m1 v1 + m2v2 (2.8) Nếu quy ƣớc chiều dƣơng là chiều của v1 thì (2.7) trở thành : m1v1 + m2v2 = ( m1 + m2 ).v  v m1v1  m1v 2 m1  m1 Đặc biệt nếu m1 = m2 = m thì : v  v1  v 2 2 (2.9) => v1 v  2 v 2 2 Nếu gọi t1 và t2 là khoảng thời gian vật một và vật hai đi đƣợc cùng một quãng đƣờng l trƣớc va chạm thì và t là thời gian hệ hai vật gắn vào nhau đi đƣợc quãng đƣờng l sau va chạm thì: 18 1 1 1 1     t 2  t1 t2     1 1  t2  t1 Hay : t      2  (2.10) 2.1.3.3 Dụng cụ thí nghiệm - Đệm không khí có gắn thƣớc thẳng milimet, bơm nén khí cùng ống dẫn khí, hai máy đo thời gian hiện số, hai xe trƣợt cùng các gia trọng, hai đầu cảm biến quang điện hồng ngoại, chi tiết tạo va chạm đàn hồi, chi tiết tạo va chạm mềm. 2.1.3.4 Tiến hành thí nghiệm Trƣờng hợp va chạm đàn hồi. Gắn bộ phận tạo va chạm đàn hồi vào đầu 2 xe nhƣ hình 6, trong đó 1 là lƣỡi dao, 2 là dây cao su căng trên khung nhựa. Đặt khoảng cách giữa cảm biến là 50cm; hai xe đặt cách nhau và nằm ngoài khoảng đó. Điều chỉnh cho máy đo thời gian sẵn sàng hoạt động và bấm công tắc để cho đệm không khí hoạt động. Hai tay đẩy nhẹ hai xe trƣợc chuyển động ngƣợc chiều nhau và va chạm nhau trong khoảng giữa của hai cảm biến. khi hai xe đi qua đầu cảm biến thì của sổ hiện số của máy đo thời gian hiện lên thời gian t1 và t2, để đo tiếp thơi gia t’1 và t’2 thì hai xe đi qua hai đầu cảm biến cần nhanh chóng bấm nút “START” trên máy đo thời t1+ t’1 và t2 + t’2. Ghi lại t1, t2 để suy ra t’1 và t’2. Ghi kết quả vào bảng sau và lặp lại thí nghiệm thêm 2 lần nữa. Đại lƣợng t1(s) t’1(s) 1/t1+1/t’1 t2 Lần đo 1 2 3 Bảng 3 19 t’2 1/t2+1/t’2 εi  Trƣờng hợp va chạm mềm Tháo các chi tiết tạo va chạm đàn hồi ra khổi hai xe và gắn chi tiết tạo va chạm mềm vào. Để hai xe nằm ngoài khoảng giữ hai cảm biến và cho chúng va chạm mềm với nhau trong khoảng giữa hai cảm biến. thao tác với hai máy đo thời gian tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp va chạm đàn hồi và ghi kết quả vào bảng 4: Đại lƣợng t1(s) t2(s) t(s) t(1/t1+1/t2) εi  Lần đo 1 2 3 Sai số  đƣợc tính bằng cách đối chiếu với công thức (2.10)”[7]. 2.2 Thiết kế tiến trình dạy học một số định luật cơ học cổ điển trong SGK vật lí 10 2.2.1 Tiến trình dạy học bài “Định luật I Niu-tơn” SGK Vật lí 10 Nâng cao Logic quá trình dạy học Sơ đồ: Quan điểm của Aristot về lực và chuyển động Mô hình vật cô lập Tiên đoán của Ga-li-lê Hiện tƣợng quán tính Hệ quy chiếu quán tính 20 Định luật I Niutơn Tính đồng nhất và đẳng hƣớng của không gian và thời gian - Giải thích sơ đồ: Đƣa ra quan niệm của Arixtot về lực và chuyển động: muốn cho vật duy trì đƣợc vận tốc không đổi thì phải có vật khác tác dụng lên nó. Quan niệm của Arixtot đã thống trị hàng nhiều thế kỷ, không có một nghi ngờ nào về quan niệm này. Mãi về sau, Ga-li-lê đã nghi ngờ và tiến hành thí nghiệm kiểm chứng lại sự nghi ngờ đó. Thí nghiệm của ông đƣợc tiến hành với dụng cụ nhƣ sau: Ông dùng hai máng nghiêng giống nhƣ hai máng nƣớc nhƣ Hình 3: (1) h (2) α Hình 3: Sau đó thả hòn bi lăn theo xuống theo máng nghiêng 1. Ông nhận thấy hòn bi lăn ngƣợc lên máng nghiêng thứ 2 đến độ cao gần bằng độ cao ban đầu. Khi hạ thấp máng nghiêng của máng thứ 2, ông thấy hòn bi lăn trên máng nghiêng thứ 2 đƣợc một đoạn dài hơn. Ông cho rằng hòn bi không lăn đƣợc đến độ cao ban đầu vì có ma sát. Từ đó, ông tiên đoán: “nếu không có ma sát và nếu máng 2 nằm ngang thì hòn bi sẽ lăn với vận tốc không đổi mãi mãi” hay “ không cần đến lực ma sát để duy trì chuyển động của một vật”. Về sau, Niuton đã khái quát các kết quả quan sát và thí nghiệm thành định luật , đƣợc gọi là định luật I Niu-tơn: “Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không, thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều”. 21 Từ định luật I Niu-tơn đƣa ra mô hình vật cô lập, trên thực tế thì không thể có mô hình này tức là không thể có vật tuyệt đối tự do, không tác dụng gì cả. Gần đây, các thí nghiệm nhƣ vậy đƣợc tiến hành với nƣớc đá khô hay là những vật chuyển động trên đệm không khí. Hiện tƣợng quán tính: “quán tính là tính chất của mọi vật có xu hƣớng bảo toàn vận tốc cả về hƣớng và độ lớn”. Từ định luật I Niuton cũng đƣa vào khái niệm hệ quy chiếu quán tính. Định luật I Niu-tơn là định luật độc lập của tự nhiên, và quan trọng hơn nó chƣa đựng định đề về tính đồng nhất và đẳng hƣớng của không gian và thời gian. Thiết kế hoạt động dạy học vật lí 1. Mục tiêu dạy học Mục tiêu về kiến thức - Nêu đƣợc tiên đoán và thí nghiệm của Galile - Phát biểu đƣợc nội dung định luật I Niu-tơn - Thiết kế đƣợc phƣơng án thí nghiệm kiểm tra định luật 1 Niu-tơn - Phát biểu đƣợc khái niệm quán tính Mục tiêu về kĩ năng - Áp dụng đƣợc định luật I Niu-tơn và dựa vào khái niệm quán tính để giải thích một số hiện tƣợng vật lí liên quan (nhƣ rũ áo, tra búa vào cán...) - Rèn luyện kĩ năng quan sát và làm thí nghiệm Mục tiêu về phát triển tƣ duy - Phát triển tƣ duy suy luận logic Mục tiêu về thái độ - Tích cực chăm chú nghe giảng - Nghiêm túc 2. Chuẩn bị cơ sở vật chất và kiến thức liên quan 22 Chuẩn bị của giáo viên - Hai máng nghiêng nhƣ máng nƣớc, một viên bi. - Bộ dụng cụ thí nghiệm đệm không khí. Chuẩn bị của học sinh + Ôn lại kiến thức về chuyển động và lực 3. Tiến trình dạy học Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 1: Đặt vấn đề vào bài học. -Tiến hành thí nghiệm mở đầu: tác dụng vào hộp phấn trên bàn 1 lực đẩy thì hộp phấn chuyển động. Khi ngừng tác dụng lực hộp phấn nhƣ chuyển động nữa không? - khi ngừng tác dụng lực hộp phấn dừng lại. - Vậy lực có cần thiết để duy trì chuyển động không? - Lực cần thiết để duy trì => quan niệm của nhà triết học chuyển động. Aristot: lực cần thiết để duy trì chuyển động. Hoạt động 2: Kiểm nghiệm lại quan điểm của Aristot bằng thí nghiệm lịch sử của Galile - Tiến hành thí nghiệm lịch sử của Galile nhƣ thí nghiệm 4 (trình bày ở phần phụ Quan sát trả lời câu hỏi lục) cho HS quan sát (có thể cho HS làm thí nghiệm cùng). - Quãng đƣờng đi của hòn bi và độ cao - Trong thí nghiệm lần đầu độ cao hòn bi đạt đƣợc trên máng nghiêng 2 hòn bi lên đƣợc trên máng nghiêng 23 trong các lần thí niệm có gì khác nhau? 2 gần bằng độ cao thả bi ở máng nghiêng 1 - Quãng đƣờng hòn bi đi đƣợc trên máng nghiêng 2 tăng dần khi giảm - Vẫn thí nghiệm đó, máng nghiêng 2 dần góc nghiêng đặt nằm ngang, tăng độ nhám độ ghồ ghề cho máng nghiêng 2 thì viên bi chuyển động trên máng nghiêng 2 nhƣ Viên bị đừng lại rất nhanh. thế nào? - Nguyên nào làm cho viên bị dừng lại nhanh? (nguyên nhân nào cản trở chuyển động?) - Lực ma sát - Nếu không lực ma sát thì viên bi - Tiên đoán của Galile: nếu không chuyển động thế nào trên máng nghiêng có ma sát và 2 máng nằm ngang, 2 đặt nằm ngang? thì hòn bi sẽ lăn với vận tốc không - Kết luận: Bằng thực nghiệm Galile đổi mãi mãi. phát hiện ra 1 loại lực giấu mặt là lực ma sát thì không cần đến lực để duy trì chuyển động của một vật. Lực đó là lực gì?  Tiên đoán của Galile Yêu cầu HS phát biểu? Liệu răng tiên đoán của Galile có phù hợp không? Chúng ta hãy cùng nhau đi kiểm chứng điều đó. Hoạt động 3: Xây dựng định luật I Niuton và kiểm nghiệm định luật 24 - Bằng quan sát và tổng hợp các kết quả từ thực nghiệm, Niu-tơn đã đƣa ra định luật I Niu-tơn: + Nội dung ĐL: Nếu một vật không chịu - Tiếp thu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng + “Nếu một vật không chịu tác của các lực có hợp lực bằng 0, thì vật dụng của lực nào hoặc chịu tác đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang dụng của các lực có hợp lực bằng chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động 0, thì vật đứng yên sẽ tiếp tục thẳng đều. đứng yên, đang chuyển động sẽ Có thể tiến hành thí nghiệm để kiểm tra tiếp tục chuyển động thẳng đều”. nội dung ĐL hay không? + Có thể. - Có tồn tại vật không chịu tác dụng của + Không lực nào không? - Vậy có thể kiểm nghiệm định luật I - Tạo ra vật có hợp lực tác dụng Niu-tơn nhƣ thế nào? bằng 0 và khảo sát trạng thái chuyển động của nó. - Thiết bị nào có thể dùng để tiến hành - Bộ dụng cụ thí nghiệm đệm thí nghiệm đó? không khí - Giới thiệu về cấu tạo và nguyên tắc - Tiếp thu hoạt động của bộ dụng cụ thí nghiệm đệm không khí. - Với thiết bị đệm không khí ta có thể tiến hành thí nghiệm nghiệm lại hệ quả của định luật I Niu-tơn nhƣ thế nào? - Trả lời - Hƣớng dẫn học sinh làm thí nghiệm 1 -Tiến hành làm thí nghiệm dƣới sự (trình bày ở mục 2.2.1) kiểm nghiệm lại hƣớng dẫn của giáo viên. định luật I Niu-tơn - Nhận xét kết quả thí nghiệm 25 - Khẳng định lại nội dung định luật I Niu-tơn. Hoạt động 4: Hình thành khái niệm quán tính. - Thí nghiệm: đẩy 1 hòn bi trên mặt phẳng nhẵn nằm ngang, khi ngừng tác dụng lực thì hòn bi vẫn lăn 1 đoạn rồi mới dừng lại (do lực ma sát có tác dụng làm cản trở chuyển động). - Yếu tố nào làm cho hòn bi có xu hƣớng tiếp tục chuyển động theo chiều ban đầu thêm 1 đoạn nữa mà không dừng lại ngay sau khi ta lực ngừng tác dụng lực Nghe và tiếp thu đẩy? Đó chính là quán tính. - Thế nào là quán tính? - Quán tính là tính chất của mọi vật có xu hƣớng bảo toàn vận tốc - Kết luận: Định luật I Niu-tơn là định cả về hƣớng và độ lớn. luật quán tính. Chuyển động thẳng đều đƣợc gọi là chuyển động theo quán tính. - Vận dụng khái niệm quán tính giải thích một số hiện tƣợng nhƣ rũ áo, tra - Giải thích búa vào cán ... - Nhận xét và đƣa ra kết luận. Hoạt động 5: Giáo viên tổng kết và - Do có quán tính lên khi ta ngừng đạp xe đạp, xe đạp vẫn chuyển củng cố lại kiến thức cho học sinh. - Yêu cầu HS trả lời câu hỏi C3 (SGK động thêm 1 đoạn nữa mới dừng 26 trang 60) lại. Khi nhảy từ bậc cao xuống ta phải gập chân để hạn chế vận tốc quán tính của cả cơ thể theo phƣơng nhảy ép trực tiếp vào đầu gối và chân gây ra tổn thƣơng cơ và - Yêu cầu HS phát biểu lại nội dung ĐL xƣơng ở chân. I Niu-tơn và khái niệm quán tính cho cả lớp nắm vững kiến thức ngay trên lớp. + GV giao bài tập về nhà. - Nghe và nhận nhiệm vụ. Dự kiến nội dung ghi bảng Bài 10: Định luật I Niu-tơn I. Quan niệm của Aristot, thí nghiệm và tiên đoán của Galile 1. Quan niệm của Aristot - Lực cần thiết để duy trì chuyển động 2. Thí nghiệm và tiên đoán của Galie a) Thí nghiệm - Dụng cụ: 2 máng nghiêng, 1 viên bi - Tiến hành thí nghiệm TH 1: hòn bi lăn ngƣợc lại trên máng nghiêng 2 với độ cao gần bằng độ cao thả bi. (2) (1) α TH 2: quãng đƣờng hòn bi đi đƣợc trên máng nghiêng 2 lớn hơn trƣờng hợp 1 27 (1) (2) α TH 3: quãng đƣờng bi đi đƣợc trên máng 2 là lớn nhất. (1) (2) Trong TH 3: quãng đƣờng bi đi đƣợc trên máng 2 là lớn nhất. Kết luận: Bằng thực nghiệm Galile phát hiện ra 1 loại lực giấu mặt là lực ma sát thì không cần đến lực để duy trì chuyển động của một vật. Nội dung định luật I Niu-tơn: Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0, thì vật đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều. I. Quán tính Khái niệm: Quán tính là tính chất của mọi vật có xu hƣớng bảo toàn vận tốc cả về hƣớng và độ lớn. Kết luận: định luật I niu-tơn là định luật quán tính, và chuyển động thẳng đều đƣợc gọi là chuyển động theo quán tính. 2.2.2 Tiến trình dạy học bài “Định luật II Niu-tơn” SGK Vật lí 10 Nâng cao. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức 28 Quan sát hiện tƣợng vật lí Đƣa ra suy luận định tính: Gia tốc của vật phụ thuộc vào khối lƣợng vật và lực tác dụng vào vật. Khái quát hóa nhiều quan sát thí Thí nghiệm kiểm tra định luật (Thí nghiệm 2). nghiệm tìm ra ĐL II Niu-tơn. Biểu thức: a  Hay F m F  ma Các yếu tố của véc tơ lực F - Điểm đặt: Vị trí lực đặt lên vật. - Phƣơng và chiều là phƣơng và chiều của gia tốc mà lực gây ra cho vật. - Độ lớn: F = ma Khối lƣợng và quán tính - Khối lƣợng là đại lƣợng đặc trƣng cho mức quán tính của vật. Trạng thái cân bằng: trạng thái khi vật đứng yên hay chuyển động thẳng đều. Điều kiện cân bằng của chất điểm: F  F1  F2  ...  Fn  0 Khi đó gia tốc: a - Định nghĩa 1 N Trọng lực: P  m g Trọng lƣợng của vật tỉ lệ thuận với khối lƣợng vật P = m.g 29 F 0 m Giải thích sơ đồ: Quan sát các hiện tƣợng vật lí: Khi ta đẩy chiếc xe đẩy đang đứng yên trên mặt phẳng nằm ngang nhẵn, đẩy hoặc kéo xe về phía nào thì xe sẽ chuyển động về phía đó, khi đẩy nhẹ xe tăng tốc chậm, đẩy mạnh thì xe tăng tốc nhanh, xe có khối lƣợng càng lớn thì tăng tốc cho vật càng khó (cần lực tác dụng lớn).  Vạch ra đặc điểm định tính: Gia tốc của vật phụ thuộc vào lực tác dụng vào vật và khối lƣợng của vật. Khái quát hóa rất nhiều quan sát và thí nghiệm Niu-tơn đã xác định đƣợc mối quan hệ giữa lực tác dụng, khối lƣợng vật, gia tốc mà vật thu đƣợc, nêu nên thành ĐL II Niu-tơn: Nội dung định luật: Gia tốc của một vật luôn cùng hƣớng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của vectơ gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của véctơ lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lƣợng của vật. Biểu thức: a  Hay F m F  ma Kiểm nghiệm lại ĐL II Niu-tơn để bằng thí nghiệm 2. Từ định luật II Niu-tơn ta đi xác định các yếu tố của véc tơ lực: F - Điểm đặt: Vị trí lực đặt lên vật. - Phƣơng và chiều là phƣơng và chiều của gia tốc mà lực gây ra cho vật. - Độ lớn: F = ma Đơn vị của lực: Niutơn (N ); 1 N = 1kg.m/s2 Định nghĩa 1 N: là lực truyền cho vật có khối lƣợng 1 kg một gia tốc 1m/s2 Từ ĐL II Niu-tơn ta suy ra mối quan hệ giữa khối lƣợng và quán tính: 30 Nếu có các vật khác nhau lần lƣợt chịu tác dụng của một lực không đổi, vật nào có khối lƣợng lớn hơn thì thu đƣợc gia tốc nhỏ hơn (tính bảo toàn vận tốc lớn hơn). - Suy ra: Khối lƣợng là đại lƣợng đặc trƣng cho mức quán tính của vật. Từ định luật II Niu-tơn ta tìm điều kiện cân bằng của một chất điểm. - Trạng thái cân bằng của vật là trạng thái vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều (a = 0). Điều kiện cân bằng của chất điểm: F  F1  F2  ...  Fn  0 Khi đó gia tốc: a F 0 m Từ ĐL II Niu-tơn tìm mối quan hệ giữa trọng lƣợng và khối lƣợng. Một vật khối lƣợng m rơi tự do, vật chịu tác dụng của trọng lực P Trọng lực: P  m g Trọng lƣơng: P = mg suy ra trọng lƣợng của vật tỉ lệ thuận với khối lƣợng vật. Thiết kế hoạt động dạy học vật lí 1. Mục tiêu dạy học Mục tiêu về kiến thức - Phát biểu đƣợc nội dung và viết đƣợc biểu thƣc của định luật II Niutơn. - Nêu đƣợc các yếu tố của véctơ lực. - Phát biểu đƣợc mối quan hệ giữa khối lƣợng và quán tính. - Nêu đƣợc điều kiện cân bằng của một chất điểm (cả nội dung và biểu thức). 31 - Nêu đƣợc mối quan hệ giữa trọng lƣợng và khối lƣợng của vật. Mục tiêu về kĩ năng - Áp dụng kiến thức ĐL II Niu-tơn để giải các bài tập trong SGK và SBT - Rèn luyện kí năng quan sát và làm thí nghiệm. Mục tiêu về thái độ - Nghiêm túc, tích cực xây dựng bài. Mục tiêu về phát triển tƣ duy - Phát triển tƣ duy suy luận logic, suy luận lí thuyết. 2. Chuẩn bị Giáo viên - Chuẩn bị bộ dụng cụ thí nghiệm để làm thí nghiệm 2 Học sinh - Ôn lại các kiến thức đã học về lực và khối lƣợng. 3. Tiến trình dạy học Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ. - Phát biểu nội dung định luật I - Nếu một vật không chịu tác Niu-tơn? Và biểu diễn định luật dƣới dụng của lực nào học chịu tác dụng dạng biểu thức? của các lực có hợp lực bằng không thì vật đứng yên sẽ tiếp tục đúng yên, vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều. Có thể biểu diễn định luật dƣới dạng biểu thức sau: F  F  F i 1 2  ...  Fn  0 thì vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều Nhắc lại khái niệm gia tốc? 32 ( a = 0) Gia tốc là đại lƣợng vật lí đặc trƣng cho sự biến đổi nhanh hay chậm của vận tốc. Hoạt động 2: Xây dựng định luật II Niu-tơn. Quan sát ví dụ trong SGK Khi tác dụng lực vào kéo hoặc đẩy vào xe thì chiều chuyển động Chiều chuyển động của xe cùng của xe có uan hệ thế nào với chiều lực tác dụng? chiều với lực tác dụng. Khi đẩy lực càng mạnh (hay - Đẩy mạnh thì xe tăng tốc nhanh, nhẹ) thì xe tăng tốc (hay thay đổi vận đẩy nhẹ xe tăng tốc chậm. tốc) nhƣ thế nào? Dự đoán: Gia tốc phụ thuộc vào Gia tốc của vật phụ thuộc vào những yếu tố nào? khối lƣợng vật và lực tác dụng vào - Xét một vật có khối lƣợng m, vật. lần lƣợt tác dụng lực F1 , F2 vào vật, vật thu đƣợc gia tốc có độ lớn a1, a2, nếu F2> F1 thì a2 với a1 có mối quan a2 > a1 hệ với nhau nhƣ thế nào? - Nếu lực F3 tác dụng vào vật m, với F3> F2 > F1 thì a1, a2, a3 có mối quan hệ nhƣ thế nào với nhau? a3 > a2 > a1 - Gia tốc vật thu đƣợc có mối quan hệ thế nào với lực tác dụng ? 33 Gia tốc a tỉ lệ thuận với độ lớn Tƣơng tự tác dụng lực F lần lƣợt vào vật có khối lƣợng m1, m2, lực tác dụng F. m3 thu đƣợc gia tốc có độ lớn a1, a2, a3 với m3 > m2 > m1 thì a1, a2, a3 có mối quan hệ với nhau nhƣ thế nào? a1 < a2 < a3 - Gia tốc thu đƣợc có mối quan hệ nhƣ thế nào với khối lƣợng vật, khi lực tác dụng không đổi? Độ lớn gia tốc tỉ lệ nghịch với Thông báo: Từ khái quát hóa rất nhiều quan khối lƣợng vật khi lực tác dụng không sát và thí nghiệm, Niu-tơn đã tìm ra đổi. ĐL II Niu-tơn: “Gia tốc của một vật luôn cùng hƣớng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của vectơ gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của véctơ lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lƣợng của vật” Biểu thức: Hay a  F m F  ma Tiếp thu Hoạt động 3: Nghiệm lại định luật II Niu-tơn. - Yêu cầu HS đề xuất phƣơng án thí nghiệm kiểm tra ĐL II Niutơn? Trả lời - Nhận xét câu trả lời của HS và giới thiệu cho HS thí nghiệm 2 (trình 34 bày ở mục 2.2.1) để kiểm nghiệm Tiếp thu ĐL II Niu-tơn. Quan sát thí nghiệm, ghi kết quả - Tiến hành thí nghiệm 2 cho và xử lí số liệu. HS quán sát, hƣớng dẫn HS ghi và xử lí kết quả thí nghiệm. Khẳng định lại một lần nữa nội dung định luật II Niu-tơn. Hoạt động 4: Tìm hiểu các yếu tố của véc tơ lực. - Các yếu tố nào để xác định một véc tơ lực? F - Điểm đặt: Vị trí lực đặt lên vật. - Phƣơng và chiều là phƣơng và chiều của gia tốc mà lực gây ra cho - Đơn vị của lực? vật. - Độ lớn: F = ma - Định nghĩa 1 Niu-tơn? Niu tơn (N) 1N = 1kg.m/s2 1 N: là lực truyền cho vật có khối lƣợng 1 kg một gia tốc 1m/s2 Hoạt động 5: Tìm hiểu mối quan hệ giữa khối lƣợng và quán Quán tính là tính chất của vận có tính. Nhắc lại khái niệm quán tính? xu hƣớng bảo toàn vận tốc cả về hƣớng và độ lớn. - Một vật nặng muốn thay đổi vận tốc của vật dễ hơn hay khó hơn Vật nặng thay đổi vận tốc khó 35 hơn vật nhẹ. với vận nhẹ? Vật nặng có quán tính lớn hơn. - Quán tính của vật nặng lớn hơn hay vật nhẹ lớn hơn? - Vậy quán tính có mối quan hệ Trả lời nhƣ thế nào với khối lƣợng của vật? Nhận xét câu trả lời của HS, đƣa ra kết luận : Khối lƣợng là đại lƣợng đặc trƣng cho mức quán tính Tiếp thu. của vật. Hoạt động 6: Xây dựng điều kiện cân bằng của vật rắn. Thông báo: Trạng thái cân bằng của vật là trạng thái vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều (a = 0). Dựa vào ĐL II Niu-tơn, điều - Khi gia tốc vật bằng 0: kiện nào để một vật ở trạng thái cân a bằng? F  0 suy ra điều kiện m cân bằng của vật rắn: F  F1  F2  ...  Fn  0 Hoạt động 7: Tìm mối liên hệ giữa trọng lƣợng và khối lƣợng vật. Một vật khối lƣợng m rơi tự do với gia tốc g thì vật chịu tác dụng Trọng lực : P  m g của lực nào? Trọng lƣợng là độ lớn của trọng 36 P = mg Trọng lƣợng của vật tỉ lệ thuận lực. với khối lƣợng của vật. - Biểu thức của trọng lực? - Trọng lƣợng có quan hệ nhƣ thế nào với khối lƣợng? Với g là gia tốc rơi tự do, đơn - g là gì? Có đơn vị và giá trị là vi: m/s2 Thƣờng lấy g = 9,8 m/s2 gì? Đối chiếu lại với công thức trọng lƣợng ở cấp 2: P = 10 m, ngƣời ta lấy g = 10 m/s2 Hoạt động 8: giao nhiệm vụ về nhà Học bài cũ và làm hết bài tập trong SGK. Đọc trƣớc bài Đinh Luật III Niu-tơn Nhận nhiệm vụ Dự kiến nội dung ghi bảng Bài 15: Định luật II Niu-tơn 1. Định luật II Niu-tơn - Xét vật m có khối lƣợng không đổi. Tác dụng lực F1 , F2 vào vật, vật thu đƣợc gia tốc có độ lớn a1, a2, nếu F2> F1 thì a2 > a1 với F3> F2 > F1 thì a1 < a2 < a3 => a tỉ lệ thuận với F Tƣơng tự gia tốc a tỉ lệ nghịch với khối lƣợng m. Định luật II Niu-tơn: “Gia tốc của một vật luôn cùng hƣớng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của vectơ gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của véctơ lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lƣợng của vật” 37 Biểu thức: a F m Hay F  ma 2. Các yếu tố của véc tơ lực F - Điểm đặt: Vị trí lực đặt lên vật. - Phƣơng và chiều là phƣơng và chiều của gia tốc mà lực gây ra cho vật. - Độ lớn: F = ma Niu tơn (N) 1N = 1kg.m/s2: là lực truyền cho vật có khối lƣợng 1 kg một gia tốc 1m/s2 3. Khối lƣợng và quán tính - Khối lƣợng là đại lƣợng đặc trƣng cho mức quán tính của vật. 4. Điều kiện cân bằng của chất điểm a F  0 suy ra: m F  F1  F2  ...  Fn  0 5. Mối quan hệ giữa trọng lƣợng và khối lƣợng. Trọng lƣợng của vật tỉ lệ thuận với khối lƣợng của vật. P = mg. 2.2.3. Tiến trình dạy học bài “Động lƣợng Định luật bảo toàn động lƣợng” SGK Vật lí 10 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức 38 Quan sát chuyển động của các vật khi có lực tác dụng Khái niệm xung lƣợng của lực F trong khoảng thời gian Δt: F .Δt Đơn vị xung lƣợng của lực: N.s Định luật II Niu-tơn: F = m a = m v 2  v1 t Suy ra: m v 2 - m v1 = F .Δt Khái niệm: động lƣợng của một vật có khối lƣợng m chuyển động với vận tốc v đƣợc xác định bằng công thức: P  mv Động lƣợng - Đơn vị: kg.m/s Định lí biến thiên động lƣợng (cách phát biểu khác của định luật II Niu-tơn): Độ biến thiên động lượng của một vật trong khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó. Hệ cô lập: Một hệ nhiều vật đƣợc gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau. - Biểu thức: P2 - P1 = Δ p = Δ F .Δt - Ý nghĩa: nếu lực tác dụng lên vật đủ mạnh trong một khoảng thời gian hữu hạn có thể gây ra biến thiên động lƣợng. Định luật bảo toàn động lƣợng của hệ cô lập: Động lƣợng của một hệ cô lập là một đại lƣợng bảo toàn. Biểu thức: P  n m v i 1 i 39 i  const Định luật bảo toàn động lƣợng đối với va chạm mềm: Xét hệ {m1; m2} là hệ cô lập, vật khối lƣợng m1 chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang nhẵn với vận tốc v 1 đến va chạm với vật m2 đang nằm yên, sau va chạm 2 vật nhập làm 1 và cùng chuyển động với vận tốc v ta có: m1 v 1 = (m1 + m2) v suy ra v = m1 v1 m1  m2 Nghiệm lại định luật bảo toàn động lƣợng bằng thí nghiệm 3. Chuyển động bằng phản lực Ví dụ: chuyển động bay của diều, chuyển động của các tên lửa, tàu vũ trụ… Nguyên tắc chuyển động bằng phản lực của tên lửa… - Giải thích sơ đồ: Dựa vào quan sát một số ví dụ về chuyển động của các vật khi có lực tác dụng trong sách giáo khoa để xây dựng định nghĩa xung lƣợng của lực F trong khoảng thời gian Δt: F .Δt, với: Lực F không đổi trong khoảng thời gian tác dụng Δt Đơn vị xung lƣợng của lực là Niu-tơn giây (kí hiệu N.s). Kết hợp khái niệm xung lƣợng của lực F trong khoảng thời gian Δt: F .Δt và v 2  v1 hay m v 2 - m v1 = F .Δt để đƣa ra định t nghĩa về động lƣợng của một vật và định lí biến thiên động lƣợng (cách phát biểu khác của định luật II Niu-tơn): Định luật II Niu-tơn: F = m a = m 40 Khái niệm: động lƣợng của một vật có khối lƣợng m chuyển động với vận tốc v đƣợc xác định bằng công thức: P  mv Đơn vị của động lƣợng: kg.m/s Định lí biến thiên động lƣợng (cách phát biểu khác của định luật II Niutơn): Độ biến thiên động lượng của một vật trong khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó. Biểu thức: P2 - P1 = Δ p = Δ F .Δt Ý nghĩa: nếu lực tác dụng lên vật đủ mạnh trong một khoảng thời gian hữu hạn có thể gây ra biến thiên động lƣợng. Tiếp theo tìm hiểu khái niệm hệ cô lập, kết hợp với định lí biến thiên động lƣợng ta đi xây dựng định luật bảo toàn động lƣợng trong trƣờng hợp hệ cô lập có hai vật nhỏ tƣơng tác với nhau qua các nội lực F1 và F2 trực đối nhau. Theo định luật II Niu-tơn: F2 = - F1 Đối với từng vật có: Δ p1 = Δ F1 .Δt Δ p 2 = Δ F2 .Δt Suy ra: Δ p 2 = -Δ p1 => Δ p1 + Δ p 2 = 0 Gọi p = p1 + p 2 , biến thiên động lƣợng của hệ bằng 0 nghĩa là động lƣợng của hệ không đổi. p = p1 + p 2 = không đổi => Định luật bảo toàn động lƣợng của hệ cô lập: Động lƣợng của một hệ cô lập là một đại lƣợng bảo toàn. Biểu thức: P  n m v i 1 i i  const Tìm hiểu định luật bảo toàn động lƣợng trong trƣờng hợp va chạm mềm: Xét hệ {m1; m2} là hệ cô lập, vật khối lƣợng m1 chuyển động trên mặt 41 phẳng nằm ngang nhẵn với vận tốc v 1 đến va chạm với vật m2 đang nằm yên, sau va chạm 2 vật nhập làm 1 và cùng chuyển động với vận tốc v ta có: m1 v 1 = (m1 + m2) v suy ra v = m1 v1 m1  m2 Tiến hành nghiệm lại định luật bảo toàn động lƣợng bằng thí nghiệm 3 đƣợc trình bày ở mục 2.2.3 Cuối cùng là tìm hiểu về chuyển động bằng phản lực trong một số trƣờng hợp và nguyên tắc chuyển động bằng phản lực của tên lửa: Ban đầu tên lửa đứng yên, động lƣợng ban đầu bằng không. Khi phóng tên lửa, khối khí m phụt ra phía sau với vận tốc v thì tên khối lƣợng M chuyển động với vận tốc V . Động lƣợng của hệ lúc đó là: m v + M V m v Nếu tên lửa là hệ cô lập thì: m v + M V = 0 hay V = M Thiết kế hoạt động dạy học vật lí 1. Mục tiêu dạy học Mục tiêu về kiến thức - Phát biểu đƣợc định nghĩa xung lƣợng của lực, nêu đƣợc đơn vị đo xung lƣợng của lực. - Phát biểu và hiểu đƣợc định nghĩa động lƣợng, nêu đƣợc động lƣợng là một vectơ cùng hƣớng với vận tốc và đơn vị của động lƣợng và nêu đƣợc hệ quả: lực với cƣờng độ đủ mạnh tác dụng lên vật trong một khoảng thời gian hữu hạn có thể làm cho động lƣợng của vật biến thiên. - Từ định luật II Niu-tơn suy ra đƣợc định lý biến thiên động lƣợng. - Nêu đƣợc khái niệm về hệ cô lập và lấy đƣợc ví dụ về hệ cô lập. - Phát biểu đƣợc định luật bảo toàn động lƣợng đối với hệ cô lập - Viết đƣợc biểu thức của định luật bảo toàn động lƣợng đối với hệ gồm hai vật trong trƣờng hợp va chạm mềm. 42 Mục tiêu về kĩ năng - Vận dụng cách phát biểu thứ hai của định luật II Niu-tơn và định luật bào toàn động lƣợng để giải các bài tập trong SGK. - Giải thích đƣợc các hiện tƣợng trong đời sống thƣờng ngày liên quan tới bài học. Mục tiêu về thái độ - Rèn luyện ý thức tự giác, chủ động trong học tập, nghiêm túc, hăng hái xây dựng bài. 2. Chuẩn bị Giáo viên: - Các hình ảnh minh họa cho việc tìm hiểu khái niệm xung lƣợng của lực. - Bộ dụng cụ thí nghiệm để tiến hành thí nghiệm 3. Học sinh - Ôn lại các công thức tính gia tốc, định luật II, III Niu-tơn 3. Tiến trình dạy học (2 tiết) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 1: Giới thiệu khái quát về chƣơng các định luật bảo toàn và đặt vấn đề vào bài mới. - Giới thiệu đôi nét các định luật bảo toàn cơ bản của cơ học và ý nghĩa của các định luật. Tiếp thu. - Ta thấy cái diều và tên lửa đều có thể bay đƣợc lên cao, nguyên nhân nào khiến chúng bay đƣợc và nguyên tắc hoạt động của chúng là gì? 43 Chúng ta sẽ sẽ biết đƣợc điều đó trong bài học hôm nay. Hoạt động 2: Tìm hiểu khái niệm xung lƣợng của lực. - Ôn lại kiến thức cũ: công thức tính Định luật II Niu-tơn: gia tốc, định luật II, III Niu-tơn? F = ma = m v 2  v1 t Định luật III Niu-tơn: - Nhận xét câu trả lời của HS FAB = - FBA - Tìm ví dụ về vật chịu tác dụng lực trong thời gian ngắn Trong từng ví dụ đó, lực có gây ra cho vật biến đổi gì không? Ví dụ: - Cầu thủ sút mạnh vào quả bóng đang đứng yên sau đó quá bong chuyển động bay vút đi. - Quả cầu lông đang chuyển động đập vào mặt vợt thì đổi hƣớng chuyển Có nhận xét gì về hiện tƣợng xảy ra với vật nếu lực có độ lớn đáng kể tác dụng vào vật trong một thời gian ngắn? động. Nếu lực có độ lớn đáng kể tác dụng vào vật trong một thời gian ngắn, có thể gây ra biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật. Dẫn dắt đƣa ra khái niệm xung của lực F trong khoảng thời gian Δt: F .Δt, với giả thiết: Lực F không đổi trong khoảng thời 44 gian tác dụng Δt Tỉếp thu Đơn vị xung lƣợng của lực? Niu-tơn giây (kí hiệu N.s) Hoạt động 3: Tìm hiểu khái niệm động lƣợng, định lí biến thiên động lƣợng và ý nghĩa của nó. Tác dụng của xung lƣợng của lực có thể giải thích dựa vào đâu? Và giải thích nó nhƣ thế nào? Dựa vào định luật II Niu-tơn. Giả sử lực F không đổi tác dụng lên vật khối lƣợng m chuyển động với vận tốc v 1 , trong khoảng thời gian Δt vận tốc vật biến đổi thành vật có gia tốc a = v2 nghĩa là v2  v1 t Theo định luật II Niu-tơn: F = m a  F = ma = m Vế trái biểu thức trên là độ biên thiên Suy ra: m v 2 - m v1 = F .Δt của đại lƣợng P  mv và P đƣợc gọi Tiếp thu. là động lƣợng của vật. Khái niệm động lƣợng của một vật? v 2  v1 t (1) động lƣợng của một vật có khối lƣợng m chuyển động với vận tốc v đƣợc xác định bằng công thức: P  mv - Đơn vị: kg.m/s Chứng minh rằng đơn vị của động lƣợng có thể tính ra bằng Niu-tơn giây? 1N = 1kg.m/s2 45 Kg.m/s = (kg.m/s2).s = N.s Dựa vào biểu thức (1) cho biết độ biến thiên động lƣợng đƣợc xác định nhƣ thế nào? Từ (1) có: : m v 2 - m v1 = F .Δt Suy ra: P2 - P1 = Δ p = Δ F .Δt Có kết luận gì về độ biến thiên động - Độ biến thiên động lượng của một lƣợng? vật trong khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian Thông báo nội dung định luật biến đó. thiên động lƣợng hay chính là một cách diễn đạt khác của định luật II Niu-tơn. - Ý nghĩa của định luật biến thiên - Ý nghĩa: nếu lực tác dụng lên vật đủ động lƣợng? mạnh trong một khoảng thời gian hữu hạn có thể gây ra biến thiên động lƣợng. Hoạt động 4: Xây dựng định luật bảo toàn động lƣợng của hệ cô lập. - Khái niệm hệ cô lập? Một hệ nhiều vật đƣợc gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau. - Trong trƣờng hợp hệ cô lập có hai vật nhỏ tƣơng tác với nhau qua các nội lực F1 và F2 trực đối nhau. Theo định luật II Niu-tơn F1 và F2 có quan hệ nhƣ thế nào? F1 = - F2 46 Đối với từng vật có: Δ p1 = Δ F1 .Δt Δ p2 = Δ F2 .Δt Suy ra: Δ p 2 = -Δ p1 => Δ p1 + Δ p 2 =0 Gọi p = p1 + p 2 , biến thiên động lƣợng của hệ bằng 0 nghĩa là động lƣợng của hệ không đổi. Đính luật bảo toàn động lƣợng của hệ cô lập? p = p1 + p 2 = không đổi => Định luật bảo toàn động lƣợng của hệ cô lập: Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn. Biểu thức: P  n m v i 1 i i  const - Bài toán: Xét hệ {m1; m2} là hệ cô lập, vật khối lƣợng m1 chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang nhẵn với vận tốc v 1 đến va chạm với vật m2 đang nằm yên, sau va chạm 2 vật nhập làm 1 và cùng chuyển động với vận tốc v ta có: m1 v 1 = (m1 + m2) v suy ra v= m1 v1 m1  m2 Hoạt động 5: Xây dựng định luật bảo toàn động lƣợng trong trƣờng hợp va chạm mềm. - Thế nào là va chạm mềm? Là va chạm mà sau khi hệ vật va chạm 47 với nhau, chúng kết dính với nhau và nhập làm một, chuyển động với cùng - Bài toán: Xét hệ {m1; m2} là hệ cô lập, vật khối lƣợng m1 chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang nhẵn với vận tốc. vận tốc v 1 đến va chạm với vật m2 đang nằm yên, sau va chạm 2 vật nhập làm 1 và cùng chuyển động với vận tốc v theo định luật bảo toàn động lƣơng ta có điều gì? Ta có điều gì? m1 v 1 = (m1 + m2) v suy ra v= m1 v1 m1  m2 Hoạt động 6: Tiến hành thí nghiệm 3 nghiệm lại định luật bảo toàn động lƣợng. Yêu cầu HS đề xuất phƣơng án thí nghiệm kiểm tra định luật bảo toàn động lƣợng? Trả lời Nhận xét câu trả lời của HS. Giới thiệu về thí nghiệm 3 cho HS và tiến hành thí nghiệm 3 cho HS quan sát. Quan sát, ghi kết quả thí nghiệm và sử lí kết quả thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm: định luật bảo toàn động lƣợng đƣợc nghiệm đúng trong phạm vi sai số cho phép. Yêu cầu HS phát biểu lại nội dung định luật bảo toàn động lƣợng. Trả lời 48 Hoạt động 7: Tìm hiểu về chuyển động bằng phản lực. Nêu một số thiết bị, máy móc hoạt động bằng động cơ phản lực mà em đã từng nghe đến? Tàu vũ trụ, tên lửa, máy bay... Nhắc lại câu hỏi ở phần mở đầu bài: Ta thấy cái diều và tên lửa đều có thể bay đƣợc lên cao, nguyên nhân nào -Diều bay lên đƣợc là nhờ có không khiến chúng bay đƣợc và nguyên tắc khí đã tạo ra lực nâng tác dụng lên hoạt động của chúng là gì? diều. - Dựa vào định luật bảo toàn động lƣợng, hãy nêu lên nguyên lí hoạt động của tên lửa, các con tàu vũ trụ? Ban đầu tên lửa đứng yên, động lƣợng của hệ tên lửa ban đầu bằng không. Khi phóng tên lửa, khối khí m phụt ra phía sau với vận tốc v thì tên khối lƣợng M chuyển động với vận tốc V . Động lƣợng của hệ lúc đó là: (m v + m v cho ta biết M V ) Biểu thức V = M điều gì về hƣớng chuyển động của Nếu tên lửa là hệ cô lập thì: m v + m tên lửa? v M V = 0 hay V = M Giải thích hiện tƣợng súng giật khi Cho biết V ngƣợc hƣớng với v , bắn? nghĩa là tên lửa bay lên phía trƣớc ngƣợc hƣớng với hƣớng khí phụt ra. Trả lời. Hoạt động 8: Củng cố bài học, giao 49 nhiệm vụ về nhà. Yêu cầu HS làm bài tập 6, bài tập 7 trong SGK, đại diện lên chữa bài Bài 6: Đáp án D Bài 7: Lg: Chọn chiều dƣơng là chiều chuyển động, vận tốc tăng suy ra vận tốc cùng chiều gia tốc là lực tác dụng. Gia tốc của vật: a = (v2-v1)/t1 = (7-3)/4 = 1 (m/s2) Vận tốc vật sau 3s nữa là: v = v2 + at2 = 7 + 1.3 = 10 (m/s) động lƣợng của vật ngay sau đó 3s là: p = mv = 2.10 = 20 (kg.m/s) Giao nhiệm vụ về nhà: Đáp án C - Làm hết bài tập còn lại trong SGK - Đọc trƣớc bài 24 Công và công suất. Nhận nhiệm vụ. Dự kiến nội dung ghi bảng Chƣơng 4: Các định luật bảo toàn Bài 23: Động lƣợng Định luật bảo toàn động lƣợng. I. Động lƣợng 1. Xung lƣợng của lực a) Ví dụ - Cầu thủ sút mạnh vào quả bóng đang đứng yên sau đó quá bong chuyển động bay vút đi… b) Xung lƣợng của lực - Khái niệm xung lƣợng của lực F trong khoảng thời gian Δt: F .Δt 50 Đơn vị xung lƣợng của lực: N.s 2. Động lƣợng a) Tác dụng của xung lƣợng Gia tốc a = v2  v1 t Theo định luật II Niu-tơn: F = m a = m v 2  v1 Suy ra: m v 2 - m v1 = F .Δt t b) Động lƣợng - Khái niệm: động lƣợng của một vật có khối lƣợng m chuyển động với vận tốc v đƣợc xác định bằng công thức: P  mv - Đơn vị: kg.m/s c) Định luật biến thiên động lƣợng (cách diễn dạt khác của định luật II Niu-tơn) - Độ biến thiên động lượng của một vật trong khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó. - Biểu thức: P2 - P1 = Δ p = Δ F .Δt - Ý nghĩa: nếu lực tác dụng lên vật đủ mạnh trong một khoảng thời gian hữu hạn có thể gây ra biến thiên động lƣợng. II. Định luật bảo toàn động lƣợng 1. Hệ cô lập - Hệ cô lập: Một hệ nhiều vật đƣợc gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau. 2. Định luật bảo toàn động lƣợng của hệ cô lập Định luật bảo toàn động lƣợng của hệ cô lập: Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn. 51 Biểu thức: P  n m i 1 i vi  const 3. Va chạm mềm Xét hệ {m1; m2} là hệ cô lập, vật khối lƣợng m1: vận tốc v 1 đến va chạm với vật m2 đang nằm yên, sau va chạm 2 vật nhập làm 1 và cùng chuyển động với vận tốc v ta có: m1 v 1 = (m1 + m2) v suy ra v = m1 v1 m1  m2 4. Chuyển động bằng phản lực Ví dụ: chuyển động bay của diều, chuyển động của các tên lửa, tàu vũ trụ… Nguyên tắc chuyển động bằng phản lực của tên lửa: Ban đầu tên lửa đứng yên, động lƣợng của hệ tên lửa bằng không. Khi phóng tên lửa, khối khí m phụt ra phía sau với vận tốc v thì tên khối lƣợng M chuyển động với vận tốc V . Động lƣợng của hệ lúc đó là: m v + M V Nếu tên lửa là hệ cô lập thì: m v + M V = 0 hay V = - m M v V ngƣợc hƣớng với v , tên lửa bay trƣớc ngƣợc hƣớng với hƣớng khí phụt ra. 52 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 Trong chƣơng này chúng tôi đã trình bày Nội dung về sử dụng thí nghiệm trong dạy học một số định luật cơ học cổ điển vật lí 10 THPT bao gồm những nội dung sau: - Những đặc điểm, yêu cầu mới của chương trình vật lí phổ thông - Một số thí nghiệm có thể sử dụng trong dạy học Vật lí 10 THPT + Thí nghiệm khảo sát định luật I Niu-tơn trên đệm không khí (Thí nghiệm 1) + Thí nghiệm nghiệm lại định luật II Niu-tơn với thiết bị đồng hồ rung (Thí nghiệm 1) + Thí nghiệm nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng (Thí nghiệm 4) + Thí nghiệm với máng nghiêng của Galile (Thí nghiệm 4) trình bày ở phần phụ lục. - Thiết kế tiến trình dạy học một số định luật cơ học cổ điển trong SGK vật lí 10: + Tiến trình dạy học bài “Định luật I Niu-tơn” SGK Vật lí 10 Nâng cao + Tiến trình dạy học bài “Định luật II Niu-tơn” SGK Vật lí 10 Nâng cao. + Tiến trình dạy học bài “Động lƣợng Định luật bảo toàn động lƣợng” SGK Vật lí 10. 53 CHƢƠNG 3: DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM Do hạn chế về mặt thời gian nên chúng tôi chỉ đề xuất phƣơng án thực nghiệm sƣ phạm với nội dung nhƣ sau: 3.1. Mục đích của TNSP Kiểm tra tính hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm vào dạy học một số định luật cơ học cổ điển trong chƣơng trình vật lí 10. 3.2. Nhiệm vụ của TNSP Tiến hành làm nhiều lần các thí nghiệm từ thí nghiệm 1 đến thí nghiệm 4 đã trình bày ở chƣơng 2 trên phòng thí nghiệm để tạo điều kiện thuận lợi nhất cho việc tiến hành thí nghiệm biểu diễn trên lớp khi giảng dạy. Tiến hành dạy thử ba bài: Định luật I Niu-tơn” SGK Vật lí 10 Nâng cao; “Định luật II Niu-tơn” SGK Vật lí 10 Nâng cao; “Động lƣợng Định luật bảo toàn động lƣợng” SGK Vật lí 10 theo 3 giáo án đã trình bày ở chƣơng 2. 3.3. Đối tƣợng thực nghiệm Học sinh lớp 10. 3.4. Tiến hành thực nghiệm 3.4.1. Chuẩn bị TNSP 3.4.1.1. Chọn giáo viên tiến hành TNSP Giáo viên dạy thực nghiệm là nhƣng GV có chuyên môn giỏi, nghiệp vụ sƣ phạm vũng vàng 3.4.1.2 Chọn lớp TNSP Tiến hành TNSP đối với học sinh lớp 10 THPT với hai lớp thực nghiệm và hai lớp đối chứng. Để đảm bảo tính khách quan, lớp thực nghiệm và lớp đối chứng đƣợc chọn có chất lƣợng học sinh tƣơng đƣơng nhau. 3.4.1.3 Phƣơng pháp THSP 54 Ở lớp thực nghiệm GV cộng tác giảng dạy theo phƣơng án dạy học đã soạn trong các giáo án mà ngƣời thực hiện đề tài đã đƣa ra và đảm bảo đầy đủ các điều kiện và phƣơng tiện dạy học cần thiết. Ở lớp đối chứng GV cộng tác giảng dạy theo cách mà họ vẫn thƣờng sử dụng. Dự giờ quan sát hoạt động của GV và HS trên lớp, trao đổi với GV cộng tác, phân tích kết quả TNSP thu đƣợc một cách khách quan. Tổ chức cho lớp thực nghiệm và lớp đối chứng cùng làm một bìa kiểm tra có kiến thức nằm trong các bài tiến hành TNSP mà ngƣời thực hiện đề tài chuẩn bị sau khi việc tiến hành giảng dạy kết thúc một tuần để đánh giá kết quả học tập. Trao đổi với học sinh sau mỗi tiết học để rút ra những kết luận về đề tài nghiên cứu. 3.4.1.4 Thời gian TNSP Tháng 11 học kì 1 và tháng 1 đầu học kì 2 của HS lớp 10. 3.4.2. Tiến hành THSP - Việc TNSP tiến hành theo phân phối chƣơng trình của trƣờng THPT. - Lớp chọn để thực nghiệm và đối chứng có đặc điểm và chất lƣợng học tập tƣơng đƣơng nhau. - Giáo viên cộng tác tiến hành giảng dạy cả ở lớp thực nghiệm và lớp đối chứng theo nhƣ nội dung ở mục 3.4.1.3 Phƣơng pháp THSP - Ngƣời thực hiện đề tài dự giờ ở cả hai lớp thực nghiệm và hai lớp đối chứng, sau mỗi tiết dạy và sau khi kết thúc đợt TNSP tổ chức trao đổi và rút kinh nghiệm cùng giáo viên cộng tác. 3.5. Phân tích kết quả TNSP 3.5.1 Phân tích định tính - Đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm ở hai lớp đối chứng và hai lớp thực nghiệm dựa trên các chỉ tiêu sau: 55 + Nhanh chóng phát hiện ra vấn đề, và sang tạo trong việc đƣa ra phƣơng án giải quyết vấn đề để tìm ra kiến thức mới và phƣơng án kiểm nghiệm tính đúng đắn của kiến thức mới. + Hứng thú với bài giảng, hăng hái tham gia xây dựng bài, có hiệu quả cao trong từng hoạt động của học sinh dƣới sự tổ chức của giáo viên. + Hoàn thành công việc theo từng dự kiến đã đặt ra cho mỗi bì giảng + Nhớ kiến thức lâu, tin vào tính đúng đắn khách quan của kiến thức. 3.5.2 Phân tích định lƣợng - Việc phân tích định lƣợng kết quả TNSP dựa vào kết quả bài kiểm tra 15 phút và 45 phút về nội dung kiến thức HS đã đƣợc học trong quá trình TNSP. Qua những kết quả phân tích trên sẽ khẳng định đƣợc tính khả thi của đề tài và hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm vào trong dạy học vật lí nhằm nâng cao chất lƣợng dạy và học vật lí ở trƣờng THPT. 56 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 Trong chƣơng 3 này chúng tôi đã trình bày dự kiến thực nghiệm sƣ phạm với những nội dung sau: - Mục đích của TNSP - Nhiệm vụ của TNSP - Đối tƣợng thực nghiệm - Tiến hành thực nghiệm - Phân tích kết quả TNSP Vì điều kiện chƣa thuận lợi nên việc tiến hành TNSP của chúng tôi chƣa đƣợc thực hiện nhƣng chúng tôi tin rằng kết quả thực nghiệm sẽ khẳng định giả thuyết khoa học của đề tài là khi đƣa các thí nghiệm vật lí vào giảng dạy một số định luật cơ học của cổ điển theo cách hợp lí sẽ góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiếm lĩnh kiến thức của học sinh theo hƣớng tích cực, chủ động, sáng tạo. 57 KẾT LUẬN CHUNG Sau khi hoàn thành xong phần nội dung của đề tài, đối chiếu với mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài về cơ bản đã hoàn thành đƣợc các nhiệm vụ đặt ra: 1. Nghiên cứu lí luận về phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học. 2. Điều tra thực trạng dạy học vật lí có sử dụng thí nghiệm ở trƣờng phổ thông. 3. Thiết kế các bài giảng về một số định luật cơ học cổ điển có sử dụng thí nghiệm. 4. Dự kiến thực nghiệm sƣ phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của tiến trình đã xây dựng. Mặc dù chƣa có điều kiện tiến hành TNSP nhƣng chúng tôi tin tƣởng rằng với hệ thống các thí nghiệm đƣợc đƣa vào bài giảng vật lí chúng tôi đã lựa chọn sẽ đem lại hiệu quả tốt trong việc nâng cao chất lƣợng dạy học một số định luật cơ học cổ điển mà chúng tôi đã trình bày. Khi đƣa các thí nghiệm vật lí vào giảng dạy một số định luật cơ học của cổ điển theo cách hợp lí sẽ góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho nâng cao chất lƣợng dạy học bộ môn vật lí ở trƣờng phổ. 58 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bách khoa toàn thư (2005). NXB Từ điển Bách khoa Hà Nội. 2. Lƣơng Duyên Bình (chủ biên) (2013). Vật lí 10, NXB Giáo dục Việt Nam. 3. Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên), Phạm Quý Tƣ, Lƣơng Tất Đạt, Lê Chân Hùng, Nguyễn Ngọc Hƣng, Phạm Đình Thiết, Bùi Trọng Tuấn, Lê Trọng Tƣờng (2006). Vật lí 10 – Nâng cao, NXB Giáo dục Việt Nam. 4. Nguyễn Văn Khải (chủ biên ) (2013). Lí luận dạy học vật lí ở trường phổ thông, 7, NXB Giáo dục 5. Nguyễn Đức Thâm (chủ biên) (2003). Phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông, NXB ĐHSP Hà Nội. 6. Tạ Trung Kiên (2011). Phương pháp dạy học vật lí ở trường THCS_báo cáo khoa học. 7. Tổ Phƣơng pháp dạy học – Khoa Vật lý – Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2 (2012). Thực hành vật lí phổ thông. 8. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng (2001). Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lý ở trường phổ thông, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội. 9. Phạm Hữu Tòng (2004). Dạy học vật lý ở trường phổ thông theo định hướng phát triển hoạt động học tích cực, tự chủ sáng tạo và tư duy khoa học, NXB Đại học Sƣ phạm Hà Nội. 59 PHỤ LỤC 1. Thí nghiệm với máng nghiêng của Galile (Thí nghiệm 4) Mục đích thí nghiệm Chỉ cho học sinh thấy rằng, để duy trì chuyển động không cần thiết phải có lực tác dụng và nguyên làm cho vật chuyển động chậm dần rồi dừng lại là do ma sát. Dụng cụ thí nghiệm - Hệ thống 2 máng nghiêng ghép với nhau (nhƣ máng nƣớc, máng nghiêng 1 cố định góc nghiêng, máng nghiêng 2 có góc nghiêng α có thể thay đổi đƣợc) - Một viên bi sắt - Một vài viên sỏi nhỏ để tạo bề mặt gồ ghề cho máng nghiêng Tiến hành thí nghiệm Thả viên bi từ một vị trí cố định trên máng nghiêng 1 có độ cao h xác định so với mặt phẳng ngang đi qua chân máng nghiêng nhƣ hình 4 và quan sát chuyển động của viên bi trên máng nghiêng 2 trong các trƣờng hợp sau đây có gì giống và khác nhau. (1) h (2) α Hình 4 Trƣờng hợp 1: Điều chỉnh cho máng nghiêng 2 có góc nghiêng α so với phƣơng ngang khoảng 40o Trƣờng hợp 2: Vẫn tiến hành thả viên bi nhƣ trƣờng hợp 1 nhƣng giảm góc nghiêng của máng nghiêng 2 với mặt phẳng ngang (khoảng 20o - 30o). Trƣờng hợp 3: Vẫn tiến hành thí nghiệm trên với máng nghiêng 2 đặt nằm ngang. Trƣờng hợp 4: Vẫn tiến hành thí nghiệm trên với máng nghiêng 2 đặt nằm ngang và ta dải những viên sỏi nhỏ trên máng nghiêng 2 làm tăng độ nhám độ gồ ghề cho máng nghiêng 2. Kết quả thí nghiệm Trƣờng hợp 1: Viên bi lăn xuống chân máng nghiêng 1 rồi lăn ngƣợc lên trên máng nghiêng 2, và đạt đƣợc độ cao gần bằng độ cao ban đầu thả rồi lại lăn xuống dƣới chân máng nghiêng 2. Trƣờng hợp 2: Viên bi cũng lăn xuống chân máng nghiêng 1 rồi lăn ngƣợc lên trên máng nghiêng 2, nhƣng đạt đƣợc độ cao thấp hơn trƣờng hợp 1 và đi đƣợc quãng đƣờng trên máng nghiêng 2 dài hơn trƣờng hợp 1. Trƣờng hợp 3: Viên bi đi đƣợc trên máng nghiêng 2 quãng đƣờng dài hơn hẳn 2 trƣờng hợp trƣớc rồi mới dừng lại. Trƣờng hợp 4: Viên bi đi đƣợc trên máng nghiêng 2 với quãng đƣờng ngắn và dừng lại nhanh trên máng nghiêng 2. 3. Điều tra thực trạng dạy học vật lí có sử dụng thí nghiệm ở trƣờng phổ thông. Trong quá trình tìm hiểu việc dạy học có sử dụng thí nghiệm ở trƣờng THPT, chúng tôi tiến hành hỏi các thầy cô về việc dạy học vật lí có sử dụng thí nghiệm tôi và các bạn của tôi thu đƣợc kết quả nhƣ sau: Bảng 1: Hỏi một số giáo viên đang dạy vật lí tại các trƣờng THPT. Trƣờng (Số GV vật lí) Mức độ sử dụng thí nghiệm trong dạy học Thƣờng xuyên Thi thoảng Hiếm khi Chƣa bao giờ THPT Lí Thái 5 ngƣời 2 ngƣời 3 ngƣời 0 ngƣời 5 ngƣời 2 ngƣời 3 ngƣời 1 ngƣời 4 ngƣời 2 ngƣời 2 ngƣời 1 ngƣời 5 ngƣời 4 ngƣời 2 ngƣời 0 ngƣời Tổ (10) THPT Dƣơng Xá (11) THPT Cao Bá Quát (9) THPT Yên Phong 1 (11) Bảng 2: Hỏi ý kiến một số HS đang học tại một số trƣờng THPT. Trƣờng (số Mức độ hứng thú đối với bài giảng có sử dụng thí nghiệm HS đƣợc hỏi) Rất thích Thích Bình thƣờng Không thích THPT Lí Thái 9 HS 6 HS 4 HS 1 HS 10 HS 1 HS 3 HS 7 HS 7 HS 7HS 1 HS 5 HS 13 HS 4 HS 6 HS 0 HS Tổ (20) THPT Dƣơng Xá (20) THPT Cao Bá Quát (20) THPT Yên Phong 1 (20) Theo thống kê ở hai bảng trên ta thấy phần lớn HS rất hứng thú với bài giảng vật lí có sử dụng thí nghiệm, tuy nhiên việc giáo viên đƣa thí nghiệm vào bài giảng chƣa nhiều. [...]... dạy học vật lí - Sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí trong dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông + Mục đích của việc việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí + Rèn luyện cho học sinh nhận thức theo các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm + Các biện pháp rèn luyện cho học sinh sử dụng các phƣơng pháp thực nghiệm Sử dụng thí nghiệm vào dạy học vật lí là một phƣơng pháp dạy học đem... giúp học sinh chiếm lĩnh kiến thức một cách chủ động, sáng tạo 12 CHƢƠNG 2 NỘI DUNG VỀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ HỌC CỔ ĐIỂN VẬT LÍ 10 THPT 2.1 Một số thí nghiệm có thể sủ dụng trong dạy học Vật lí 10 THPT 2.1.1 Thí nghiệm khảo sát định luật I Niu-tơn trên đệm không khí (Thí nghiệm 1) 2.1.1.1 Mục đích thí nghiệm Nghiệm lại định luật I Niu-tơn 2.1.1.2 Dụng cụ thí nghiệm. .. mình 1.2 Sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí trong dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông 1.2.1 Mục đích của việc việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí - Giúp học sinh chiếm lĩnh kiến thức một cách chủ động, sáng tạo và hiệu quả bằng con đƣờng thực nghiệm - Nâng cao khả năng sáng tạo của học sinh thiết kế phƣơng án thí nghiệm, và kĩ năng quan sát cũng nhƣ tiến hành thí nghiệm, ... thức một cách chủ động sáng tạo KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 Trong chƣơng này chúng tôi đã trình bày cơ sở lí luận chung và cơ sở thực tiễn về tính cần thiết của việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí nói chung và dạy học một số định luật cơ học cổ điển gồm có các nội dung sau: - Phƣơng pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lí + Nội dung của phƣơng pháp thực nghiệm + Phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy. ..CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CHUNG VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN VỀ TÍNH HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1 Phƣơng pháp thực nghiệm trong nghiên cứu và dạy học vật lí Vật lí là môn khoa học thực nghiệm và Galile đƣợc mệnh danh là ông tổ của vật lí thực nghiệm là ngƣời đầu tiên chính thức đặt nền móng cho việc đƣa thực nghiệm vào nghiên cứu vật lí Cũng nhờ phƣơng pháp thực nghiệm mà các... coi là một định luật Vật lý chính xác”[1] 1.1.2 Phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí “Môn vật lí là bộ môn khoa học thực nghiệm ở trƣờng phổ thông Các định luật hay các kiến thức nói chung trong chƣơng trình vật lí phổ thông hầu hết đƣợc hình thành dựa trên con đƣờng thực nghiệm vì vậy đƣa phƣơng pháp thực nghiệm vận dụng vào quá trình giảng dạy vật lí là rất phù hợp, rất sáng tạo”[6] Trong. .. và dễ sử dụng Mức độ 2: Giáo viên gợi ý cho HS đề xuất phƣơng án thí nghiệm kiểm tra hệ quả và hƣớng dẫn học sinh làm thí nghiệm: thí nghiệm kiểm tra hệ quả khá phức tạp, thiết bị thí nghiệm khó tìm, khó sử dụng Mức độ 3: Giáo viên đề xuất phƣơng án thí nghiệm kiểm tra và tiến hành thí nghiệm cho học sinh quan sát, hoăc trình chiếu video của thí nghiệm đó cho học sinh quan sát đối với các thí nghiệm. .. sách giáo khoa và trong thực tiễn đời sống 6 Về bản chất phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học Vật lý ta hiểu là phƣơng pháp dạy học, trong đó ta vận dụng phƣơng pháp thực nghiệm của quá trình nhận thức khoa học vào dạy học hay là dạy cho học sinh biết cách tìm tòi sáng tạo theo phƣơng pháp thực nghiệm Từ đó học sinh có thể phát huy tính tích cực, tự giác và sáng tạo trong hoạt động học tập và việc chiếm... đứng yên không bị trôi thì định luật I Niu-tơn đƣợc nghiệm đúng một phần Với trƣờng hợp 2: Thời gian t1 và t2 trong các lần đo mà bằng nhau hoặc xấp xỉ bằng nhau, tỉ số t1/t2 bằng 1 thì định luật I Niu-tơn đƣợc nghiệm đúng phần còn lại 2.1.2 Thí nghiệm nghiệm lại định luật II Niu-tơn với thiết bị đồng hồ rung (Thí nghiệm 2) 2.1.2.1 Mục đích thí nghiệm Cho HS nghiệm lại định luật II Niu-tơn bằng thiết... động của bộ dụng cụ thí nghiệm đệm không khí - Với thiết bị đệm không khí ta có thể tiến hành thí nghiệm nghiệm lại hệ quả của định luật I Niu-tơn nhƣ thế nào? - Trả lời - Hƣớng dẫn học sinh làm thí nghiệm 1 -Tiến hành làm thí nghiệm dƣới sự (trình bày ở mục 2.2.1) kiểm nghiệm lại hƣớng dẫn của giáo viên định luật I Niu-tơn - Nhận xét kết quả thí nghiệm 25 - Khẳng định lại nội dung định luật I Niu-tơn ... sử dụng thí nghiệm vào dạy hoc vật lí Chƣơng Nội dung sử dụng thí nghiệm vào dạy học số định luật học cổ điển vật lí 10 THPT (khi dạy học bài: VẬT LÍ 10 THPT + Định luật I Niu-tơn” SGK Vật lí. .. SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ HỌC CỔ ĐIỂN VẬT LÍ 10 THPT 2.1 Một số thí nghiệm sủ dụng dạy học Vật lí 10 THPT 2.1.1 Thí nghiệm khảo sát định luật I Niu-tơn đệm không khí (Thí nghiệm 1) 2.1.1.1 Mục đích thí nghiệm. .. giúp học sinh học tập tốt nên chọn đề tài Sử dụng thí nghiệm vào dạy học số định luật học cổ điển (Vật lí 10 THPT) Mục đích nghiên cứu Sử dụng thí nghiệm dạy học nhằm nâng cao chất lƣợng dạy học