SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: " SỬ DỤNG SƠ ĐỒ ĐỊNH HƢỚNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƢỢNG VẬT LÝ 10 THPT" PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ Mỗi môn học chương trình Vật lý phổ thông có vai trò quan trọng việc hình thành phát triển tư học sinh Trong trình giảng dạy, người thầy phải đặt đích giúp học sinh nắm kiến thức bản, hình thành phương pháp, kĩ năng, kĩ xảo, tạo thái độ động học tập đắn để học sinh có khả tiếp cận chiếm lĩnh nội dung kiến thức theo xu phát triển thời đại Môn Vật lý môn khoa học nghiên cứu vật, tượng xảy hàng ngày, có tính ứng dụng thực tiễn cao Học sinh phải có thái độ học tập nghiêm túc, có tư sáng tạo vấn đề nảy sinh để tìm hướng giải phù hợp Trong phần Cơ học lớp 10, Động lượng khái niệm trừu tượng học sinh đại lượng trung gian để xác định vận tốc khối lượng vật Trong toán liên quan đến động lượng học sinh thường gặp khó khăn việc xác định hệ kín theo phương nào, biểu diễn vectơ động lượng Mặt khác, động lượng đại lượng có tính tương đối nên phụ thuộc vào hệ quy chiếu, học sinh thường quên đặc điểm nên hay nhầm lẫn giải toán Để khắc phục khó khăn dạy học bồi dưỡng tập định luật bảo toàn động lượng, Giáo viên lựa chọn hệ thống tập thích hợp coi trọng việc hướng dẫn học sinh tự lực, tích cực hoạt động tư trình giải tâp vật lí chất lượng nắm vững kiến thức học sinh nâng cao, đồng thời góp phần phát triển lực giải vấn đề cho họ I/ LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Động lượng khái niệm Vật lý trừu tượng học sinh Trong toán Vật lý, động lượng đại lượng trung gian để xác định vận tốc khối lượng vật Động lượng có ý nghĩa quan trọng học sinh giải tập Vật lý có áp dụng Định luật bảo toàn (ĐLBT) va chạm đàn hồi, va chạm mềm lớp 10 toán phản ứng hạt nhân lớp 12 Thực tiễn cho thấy việc giải tập liên quan tới định luật bảo toàn động lượng vấn đề khó học sinh lớp 10 THPT Việc đưa cho học sinh sơ đồ định hướng (SĐĐH) giải tập vật lí, vận dụng SĐĐH giải tập vật lí để giải tập định luật bảo toàn động lượng giúp học sinh nắm vững kiến thức bản, góp phần nâng cao lực giải vấn đề II/ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Áp dụng (SĐĐH) giải tập vật lí để giải số tập vật lí ĐLBT động lượng lớp 10 THPT Nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức bản, góp phần phát triển lực giải vấn đề III/ THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Thực chương trình bồi dưỡng kiến thức sau học định luật bảo toàn động lượng lớp 10 THPT năm học 2009 -2010 PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I Mối quan hệ nắm vững kiến thức giải tập vật lí(BTVL) I.1 Khái niệm kiến thức, kĩ , kĩ xảo Theo lí luận dạy học, kiến thức hiểu kết trình nhận thức bao gồm “một tập hợp nhiều mặt số lượng biểu tượng mà khái niệm lĩnh hội được, giữ lại trí nhớ tái tạo có đòi hỏi tương ứng” Những kiến thức nắm vững cách tự giác, sâu sắc phần lớn có tích lũy thêm kĩ năng, kĩ xảo chở thành công cụ tư học sinh Kĩ khả người biết sử dụng có mục đích sáng tạo kiến thức kĩ xảo trình hoạt động lí thuyết thực tiễn Kĩ xuất phát từ kiến thức, dựa kiến thức Kĩ kiến thước hành động Còn kĩ xảo hành động mà phần hợp thành luyện tập mà trở thành tự động hóa Kĩ xảo mức độ cao nắm vững kĩ Kĩ xảo hành động tự động hóa, thao tác thực nhanh, tổng thể, dễ dàng mau lẹ Những kiến thức vật lí chia thành nhóm: Khái niệm (hiện tượng ,đại lượng vật lí); Định luật, nguyên lí; Thuyết ; Phương pháp nghiên cứu; ứng dụng sản xuất đời sống Những kĩ vật lí chia thành nhóm sau: Quan sát, đo lường, sử dụng dụng cụ máy đo phổ biến, thực thí nghiệm đơn giản; Giải BTVL; Vận dụng kiến thức vật lí để giải thích tượng đơn giản, ứng dụng vật lí đời sống sản xuất; Sử dụng thao tác tư lôgic phương pháp nhận thức vật lí Những kĩ xảo chủ yếu vật lí chia làm hai nhóm: Kĩ xảo thực nghiệm, kĩ xảo áp dụng phương pháp toán học phương tiện phụ trợ I.2 Các mức độ nắm vững kiến thức I.2.1 Các mức độ nắm vững kiến thức Một nhiệm vụ chủ yếu dạy học đảm bảo cho học sinh nắm vững kiến thức dạy nhà trường Nắm vững kiến thức không hiểu nội hàm, ngoại diên nó, xác định vị trí nó, tác dụng kiến thức hệ thống kiến thức tiếp thu từ trước, mà biết trình hình thành vận dụng vào thực tiễn I.2.2 Các mức độ nắm vững kiến thức Sự nắm vững kiến thức phân biệt ba mức độ sau: biết, hiểu , vận dụng Biết kiến thức nhận nó, phân biệt với kiến thức khác, kể lại nội hàm cách xác Đây mức độ tối thiểu học sinh cần đạt học tập Hiểu kiến kiến thức gắn kiến thức vào kiến thức biết, đưa vào hệ thống vốn kiến thức thân Nói cách khác hiểu kiến thức hiểu nội hàm, ngoại diên kiến thức đó, xác lập mối quan hệ với hệ thống kiến thức khác vận dụng trực tiếp kiến thức vào tình quen thuộc dẩn đến có khả vận dụng cách linh hoạt sáng tạo Vận dụng kiến thức vào việc giải nhiệm vụ thực tiễn tìm kiến thức thích hợp vốn kiến thức có để giải nhiệm vụ Nhờ vận dụng mà kiến thức nắm vững cách thực Chính lúc vận dụng kiến thức trình nắm thêm sâu sắc, làm cho nét chất kiến thứcđược bộc lộ Ngoài vận dụng kiến thức thao tác tư trau dồi, cố số kĩ năng, kĩ xảo hình thành, hứng thú học tập học sinh nâng cao I.3 Mối quan hệ nắm vững kiến thức giải BTVL Để đảm bảo cho học sinh nắm vững kiến thức vật lí cách chắn ,cần hình thành cho họ kĩ năng, kĩ xảo không vận dụng kiến thức mà chiếm lĩnh thức qua nhiều hình thức tập luyện khác Trong số việc giải nhiều tập, nhiều loại tập xếp có hệ thống từ dễ đến khó hình thức luyện tập tiến hành nhiều nhất, có tác dụng hình thành kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vật lí học sinh Chất lượng nắm vững kiến thức bước đầu thể việc giải tập kiến thức mức độ ghi nhớ hiểu Còn chất lượng giải hệ thống tập phát đề tài, chương, phần chương trình phản ánh chất lượng nắm vững kiến thức mối quan hệ chúng đề tài,chương, phần với vận dụng chúng tình phức tạp, II Phát triển lực giải vấn đề hoạt động giải tập học sinh II.1 Khái niệm lực Năng lực thuộc tính riêng lẻ cá nhân, nhờ thuộc tính mà người hoàn thành tốt đẹp hoạt động mà bỏ sức lao động kết vẩn cao Năng lực chi phối trình tiếp thu kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo hiệu thực hành động định Khi xem xét chất lực cần ý tới ba dấu hiệu chủ yếu nó: Sự khác biệt thuộc tính tâm lí cá nhân, làm cho người khác người kia; Chỉ khác biệt có liên quan tới hiệu thực hoạt động đó; Được hình thành phát triển trình hoạt động cá nhân Năng lực chia làm ba mức độ phát triển: Năng lực; Tài ; Thiên tài Trong lực danh từ mức độ hoàn thành có kết hoạt động II.2 Mối quan hệ phát triển lực nắm vững kiến thức, kĩ , kĩ xảo Giữa phát triển lực nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo có mối quan hệ bền chặt Mức độ phát triển lực phụ thuộc vào mức độ nắm vững kiến thức, kĩ , kĩ xảo Muốn phát triển lực cần nắm vững vận dụng cách sáng tạo kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo tích lũy lĩnh vực hoạt động định: Mặt khác lực giúp cho việc nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo cách nhanh chóng Tuy nhiên không nên quy tất việc phát triển lực vào việc cung cấp kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo Năng lực khác kĩ năng, kĩ xảo chổ kĩ năng, kĩ xảo rèn luyện lực việc rèn luyện học tập phải có tư chất II.3 Tiêu chuẩn phát triển lực giải vấn đề giải BTVL Giải tập hình thức tự lực giải vấn đề nêu đầu Ở trình độ thấp là nhận biết điều kiện để áp dụng giải pháp biết vào tình tương tự tình biết Ở trình độ cao phải thực loạt phân tích biến đổi để áp dụng giải pháp biết III.Thực trạng học sinh khóa trƣớc tiến hành đề tài Để tìm hiểu thực trạng nắm vững kiến thức giải tập phần ĐLBT động lượng học sinh lớp 10, tiến hành điều tra năm học 2008-2009, 20102011 Đối tượng học sinh lớp 10 trường THPT Đào Duy Từ (Thành phố Thanh Hóa) Chất lượng nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo giải tập phần ĐLBT động lượng chủ yếu đánh giá qua chất lượng kiểm tra viết (6 tiết,3 15 phút) Kết điều tra cụ thể sau: Giỏi Tỷ lệ Khá % Tỷ lệ TB % Tỷ lệ% Yếu Tỷ lệ Kém % Tỷ lệ % 0 17 50 28 28 17 50 IV Sơ đồ định hƣớng giải BTVL Giải tập vật lí trình phức tạp.Việc học sinh không giải giải sai tập chưa đủ sở kết luận học sinh không hiểu biết vật lí, việc không giải nhiều nguyên nhân.Trong số chủ yếu do: Không hiểu điều kiện tập: Hiểu điều kiện tập vận dụng kiến thức vật lí Cho nên, để rèn luyện kĩ giải tâp vật lí, biện pháp quan trọng dạy cho em phương pháp giải tập vật lí V Sơ đồ định hƣớng giải BTVL Sơ đồ định hướng khái quát gồm giai đoạn hành động sau: Bƣớc1: Nghiên cứu đầu : Đọc kĩ đầu Mã hóa đầu kí hiệu quen dùng Đổi đơn vị đại lượng hệ thống thống vẽ hình sơ đồ Bƣớc2: Phân tích tượng lập kế hoạch giải Mô tả tượng, trình vật lí xảy tình nêu lên đầu Vạch quy tắc, định luật chi phối tượng, trình Dự kiến lập luận, biến đổi toán học cần thiết nhằm xác lập mối quan hệ cho phải tìm Bƣớc3: Trình lời giải Viết phương trình định luật giải hệ hệ phương trình có để tìm ẩn số dạng tổng quát, biểu diển đại lượng cần tìm qua đại lượng cho Thay giá trị số đại lượng cho để tìm ẩn số, thực phép tính có độ xác cho phép Bƣớc4: Kiểm tra biện luận kết Cần tạo cho học sinh thói quen giải tập vật lí theo sơ đồ định hướng Điều tiến hành tùy thuộc vào tập cụ thể Mà trước hết phải ghi nhớ bước hành động ( tập áp dụng tất bước SĐĐH giải tập vật lí) VI.Tác dụng giải tập vật lí theo SĐĐH giải BTVL Sử dụng SĐĐH thấy rõ lợi ích đưa vào dạy học việc rèn kĩ năng, kĩ xảo giải tập vật lí cho học sinh Tuy nhiên thực tiễn dạy học có nhiều học sinh không nắm hành động, thao tác giải tập mẫu đơn giản, phổ biến Tác dụng SĐĐH thể chổ: Đa số SĐĐH dạy học vật lí SĐĐH hành động.Trong loại dẫn phương hướng chung tìm kiếm lời giải tập, tạo cho học sinh thói quen xác định phương hứơng cách thức hành động trước bắt tay vào hành động cụ thể Giải tập theo SĐĐH làm bớt khó khăn trình nắm vững kỹ giải tâp cho phép dạy đối tượng học sinh giải tập theo SĐĐH tạo cho học sinh thói quen lập luận hành động chặt chẽ, xác Giải tập theo SĐĐH chuẩn bị cho giải tập sáng tạo Bởi lẽ trình giải tập mẫu theo nó, thao tác tư kĩ giải tập học sinh hình thành, đồng thời họ thực thao tác mức độ tự động hóa chuyển sang giải tập sáng tạo Tuy nhiên coi giải tập vật lí SĐĐH vạn năng, mà bước hình thành kĩ giải tập vật lí nói chung để dần chuyển sang giải tập sáng tạo VII Sử dụng SĐĐH giải tập vật lí để giải số tập ĐLBT động lƣợng lớp 10 THPT Bài tập I (5/129/SGK) Tìm tổng động lượng (hướng độ lớn) hệ hai vật có khối lượng m = m2 = 1kg Vận tốc vật có độ lớn v1 = 1m/s có hướng không đổi Vận tốc vật có độ lớn v2 = 2m/s và: a) Cùng hướng với vật b) Cùng phương, ngược chiều c) Có hướng nghiêng góc 600 so với v1 Bƣớc1 a) v2  v1 m1 = m2 =  P  ? b) 1kg v2  v1 Bƣớc3 Động lượng hệ: v1 = 1m/s c) (v1 ; v2 )  60   P  P1  P2  m1 v1  m2 v2 Trong đó: P1 = m1v1 = 1.1 = (kgms-1) V2 = 2m/s P2 = m2v2 = 1.2 = (kgms) a) Khi P = P1 + P2 = (kgms-1) b) Khi P v2  v1  P2  P1 v2  v1  P2  P1 = P2 – P1 = (kgms-1) c) Khi (v1 ; v2 )  60  ( P1 ; P2 )  60   Áp dụng ĐLHS cosin: P  P12  P22  P1P2 cos   P12  P22  P1P2 cos(   )  12  22  2.1.2 cos120  (kgms -1 ) Bƣớc4 kiểm tra kết Bƣớc2 + Biểu diễn vectơ động học + Xác định vectơ tổng trường hợp P1 + Áp dụng hàm số cosin P    P2 10 Bài tập2: (6/129 SGK) Một toa xe khối lượng m1 = 3T chạy với tốc độ v1 = 4m/s đến va chạm vào toa xe đứng yên khối lượng m2 = 5T Toa chuyển động với vận tốc v2’ = 3m/s Toa chuyển động sau va chạm? Bƣớc Bƣớc m1 = 3T v1 = 4m/s m2 = 5T v2 = v2’ = 3m/s m1 vv11'  ? + Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: + m2 m1 v1  m2 v2  m1 v1'  m2 v2' (*) + Giả sử sau va chạm xe chuyển động theo chiều dương v1 ( v2  v1 ) Chiếu phương trình dương ta có: (*) lên chiều m1v1 + = m1v1’ + m2v2’ 11 Bƣớc2  v1'  + Hệ gồm vật m1,m2 + Là hệ kín theo phương chuyển động m1v1  m2 v2' 3.4  5.3   1 m1 Bƣớc4 v1’ < chứng tỏ sau va chạm chuyển + Xét va chạm xảy thời gian động theo chiều ngược lại ngắn + Chọn chiều dương theo chiều chuyển động xe ( v1 ) Bài tập 3: (4.13 SBT) Một súng đại bác tự hành có khối lượng M = 800kg đặt mặt đất nằm ngang bắn viên đạn khối lượng m = 20kg theo phương làm với đường nằm ngang góc α = 600 Vận tốc đạn v = 400m/s Tính vận tốc giật lùi súng Bƣớc1 M = 800kg m = 20kg α = 600 v = 400m/s V=? - Trước đạn nổ: động lượng hệ - Ngay sau đạn nổ: v m  V M  Pđ  mv ; P  M V + Đạn bay theo phương tạo góc 600 với phương ngang + Súng giật lùi theo phương ngang 12 +Hệ sung đạn hệ kín theo phương nằm ngang ngoại lực Bƣớc3 - Hệ súng đạn hệ kín có động lượng bảo toàn theo phương ngang Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: Bƣớc2 Pđ  P   mv  M V  + Xác định ĐK hệ đạn sóng hệ kín theo phương mằm ngang + Áp dụng ĐLBT động lượng + Xác định phương động lượng bảo toàn Chọn chiều dương ngược chiều chuyển động súng Chiếu xuống phương nằm ngang ta có: - Hệ đạn súng trước sau m.v.cosα – MV = bắn hệ kín theo phương nằm ngang V  m 20 v cos  400  (m/s) M 800 Bƣớc4 Kiểm tra kết bảo toàn động lượng cho phương ngang Bài tập 4: (3/134/ SGK) Một tên lửa có khối lượng tổng cộng 100T bay với vật tốc 200m/s Trái đất (tức thời) 20T khí với tốc độ 500m/s tên lửa Tính vận tốc tên lửa sau khí hai trường hợp a) Phụt phía sau (ngược chiều bay) b) Phụt phía trước (bỏ qua sức cản trái đất) 13 Bƣớc1 M = 100T V = 200m/s m = 20T v = 500m/s a) v  V V’ = b) ? v  V Bƣớc2 - Hệ tên lửa khí trước sau hệ kín - Gọi M, M’ khối lượng tên lửa trước sau khí  - Gọi V , V ' vận tốc tên lửa so với trái đất trước sau khí có khối lượng m V vận tốc lượng khí so với tên lửa v  Vận tốc lượng khí so với Trái đất là: + Nêu nguyên tắc chuyển động tên lửa M V  v  + Chọn gốc quy chiếu chiều dương + Biết vận dụng công thức vận tốc để xác định vận tốc tên lửa sau khí + Biết trường hợp tên lửa tăng tốc, giảm tốc Khi khí hệ tên lửa khí hệ kín Bƣớc3 m - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có:  M V  ( M  m)V '  m V  v  (*) Chọn chiều dương theo chiều chuyển động tên lửa Học sinh không tưởng tượng a) Trường hợp khí phía sau trình tăng tốc giảm tốc tên lửa nhờ v  V  (*): MV = (M – m).V’ + m(V khí – v)  V ' MV  m(V  v) m V  v M m M m 14  V  200  20 500  325 (m/s) 100  20 >V b) Trường hợp khí phía trước v  V  (*): MV = (M – m).V’ + m(V + v) M m  V ' MV  m(V  v) m V  v M m M m  200  20 500  75 (m/s) 100  20