Khóa luận Nghiên cứu, sử dụng bài tập chương “các định luật bảo toàn” nhằm phát huy tính tích cực, chủ động trong học tập vật lý của học sinh lớp 10

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN VẬT LÝ HUỲNH NGỌC THẢO XUYÊN LỚP DH5L Khóa luận tốt nghiệp NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, CHỦ ĐỘNG TRONG HỌC TẬP VẬT LÝ CỦA HỌC SINH LỚP 10 Cán bộ hướng dẫn NGUYỄN TIẾN DŨNG LONG XUYÊN 05/2008 TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN VẬT LÝ HUỲNH NGỌC THẢO XUYÊN LỚP DH5L Khóa luận tốt nghiệp NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, CHỦ ĐỘNG TRONG HỌC TẬP VẬT LÝ CỦA HỌC SINH LỚP 10 Cán bộ hướng dẫn NGUYỄN TIẾN DŨNG LONG XUYÊN 05/2008 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học An Giang, Khoa sư phạm cùng quí thầy cô đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành được khóa luận. Tôi xin gởi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Tiến Dũng, nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy mà tôi đã học hỏi thêm được rất nhiều về phương pháp nghiên cứu khoa học và biết cách tự mình nghiên cứu một vấn đề khoa học một cách nghiêm túc và đúng đắn. Tôi xin cảm ơn gia đình và những bạn bè thân đã giúp đỡ tạo cho tôi nhiều điều kiện thuận lợi để tôi để có thể hoàn thành được khoá luận. MỤC LỤC MỤC LỤC ........................................................................................... TRANG Phụ bìa....................................................................................................................i Lời cảm ơn ............................................................................................................ ii Danh mục các chữ viết tắt ................................................................................... iii Phần 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG..............................................................1 1. Lý do chọn đề tài .................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu............................................................................... 2 3. Khách thể nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu ..................................... 2 4. Phạm vi nghiên cứu................................................................................. 2 5. Giả thuyết khoa học ................................................................................ 2 6. Nhiệm vụ nghiên cứu .............................................................................. 3 7. Đóng góp của đề tài................................................................................. 3 8. Các phương pháp nghiên cứu.................................................................. 3 9. Tóm tắt hoạt động nghiên cứu ................................................................ 3 Phần 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU..............................................................4 Chương I: cơ sở lý luận ................................................................................4 I. Cơ sở tâm lý của hoạt động dạy học ........................................................... 4 1. Hoạt động dạy học ............................................................................ 1.1 Hoạt động dạy .............................................................................. 4 1.2 Hoạt động học .............................................................................. 4 1.3 Hoạt động dạy học ....................................................................... 4 2. Khái niệm tính tích cực ............................................................................ 5 2.1 Tính tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh ............... 5 2.2 Những biểu hiện và mức độ của tính tích cực của học sinh........ 5 2.3 Tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh ......................... 6 2.4 Các biện pháp phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh .... 6 3. Khái niệm tính chủ động......................................................................... 7 4. Mối quan hệ giữa tích cực và chủ động .................................................. 7 5. Quan hệ giữa phát huy tính tích cực, chủ động học tập với những đặc điểm lứa tuổi học sinh trung học phổ thông.......................................... 8 II. Cơ sở về lý luận dạy học ............................................................................10 1. Khái niệm bài tập Vật lý ........................................................................10 2. Nhiệm vụ dạy học Vật lý ở trường phổ thông .......................................12 3. Mục đích, yêu cầu của chương “Các định luật bảo toàn”-Vật lý 10 cơ bản .....................................................................................................13 4. Bài tập trong dạy học Vật lý nhằm phát huy tính tích cực, chủ động cho học sinh ..................................................................................13 4.1 Vai trò của bài tập Vật lý trong việc phát huy tính tích cực, chủ động của học sinh ......................................................13 4.2 Phương pháp giải bài tập Vật lý.................................................14 4.3 Những yêu cầu chung đối với dạy học BTVL ...........................15 4.4 Hoạt động của giáo viên và học sinh khi gải BTVL..................16 III. Cơ sở thực tiễn .........................................................................................16 Chương II: Xây dựng hệ thống bài tập chương“Các định luật bảo toàn” Vật lý 10_cơ bản........................................................18 I. Mức độ nội dung kiến thức mà học sinh cần nắm vững........................18 1. Động lượng và định luật bảo toàn động lượng.....................................18 2. Công và công suất .................................................................................20 3. Động năng .............................................................................................21 4. Thế năng................................................................................................22 5. Cơ năng .................................................................................................23 II. Một số bài tập trong chương “Các định luật bảo toàn” .......................24 1. Bài 1 ......................................................................................................24 2. Bài 2 ......................................................................................................25 3. Bài 3 ......................................................................................................28 4. Bài 4 ......................................................................................................29 5. Bài 5 ......................................................................................................30 6. Bài 6 ......................................................................................................32 7. Bài 7 ......................................................................................................34 8. Bài 8 ......................................................................................................35 9. Bài 9 ......................................................................................................37 10. Bài 10 ..................................................................................................38 11. Bài 11 ..................................................................................................40 III. Soạn thảo tiến trình dạy học với các bài tập vật lý trong chương “Các định luật bảo toàn” ............................................................41 1. Giáo án 1: giải bài tập về tính động lượng, định luật bảo toàn động lượng ..............................................................................................41 2. Giáo án 2: giải bài tập công, công suất..................................................49 3. Giáo án 3: giải bài tập về động năng, thế năng, cơ năng .......................56 Chương III: Thực nghiệm sư phạm .........................................................63 I. Mục đích, nhiệm vụ, đối tượng thực nghiệm sư phạm ..........................63 1. Mục đích ................................................................................................63 2. Nhiệm vụ ................................................................................................63 3. Đối tượng thực nghiệm ..........................................................................63 II. Phương pháp thực nghiệm sư phạm .......................................................63 1. Chọn mẫu ...............................................................................................63 2. Phương pháp tiến hành...........................................................................63 III. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm.................................................63 1. Lựa chọn tiêu chí đánh giá .....................................................................64 2. Kết quả thực nghiệm sư phạm ...............................................................64 2.1. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm....................................64 2.2. Phân tích số liệu thực nghiệm sư phạm .................................64 Phần 3: KẾT LUẬN .....................................................................................69 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................70 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BTVL : bài tập vật lý GV : giáo viên HS : học sinh ĐC : đối chứng TN : thực nghiệm THPT : trung học phổ thông PPDH : phương pháp dạy học TNSP : thực nghiệm sư phạm Trang 1 PHẦN 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1/ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Giáo dục có vai trò rất to lớn trong việc phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao. Chính vì thế trong tình hình của đất nước ta hiện nay giáo dục phải được xem là mục tiêu quan trọng hàng đầu.Trong quan điểm đầu tiên của các quan điểm chỉ đạo phát triển giáo dục Đảng và Chính phủ ta cũng đã xác định rằng “giáo dục là quốc sách hàng đầu”. Mục tiêu phát triển giáo dục đến năm 2010 của bậc trung học phổ thông được Chính phủ ta xác định là: “ Thực hiện chương trình phân ban hợp lý nhằm đảm bảo cho học sinh có học vấn phổ thông, cơ bản theo một chuẩn thống nhất, đồng thời tạo điều kiện cho sự phát triển nhân lực của mỗi học sinh, giúp học sinh có hiểu biết về kỹ thuật…”[5]. Để đáp ứng được mục tiêu này thì trong quá trình dạy học đòi hỏi phải không ngừng đổi mới, hiện đại hoá phương pháp, nội dung dạy học về các lĩnh vực khoa học tự nhiên, khoa học xã hội nhân văn nhằm phát triển năng lực tự học cho các em, để các em có khả năng chiếm lĩnh được các kiến thức mới và nhanh chóng tiếp thu được cái mới khi vào đời. Quá trình dạy học ở trường trung học hiện nay tồn tại rất nhiều mâu thuẫn. Cụ thể là :“ Trong học sinh, mâu thuẫn giữa một bên là tư duy cụ thể phát triển và một bên là tư duy trừu tượng kém phát triển”[14]. Đa số các em còn thiên về cách học thuộc lòng, quen làm với các mẫu đã cho sẵn…do đó mà khả năng phân tích, tổng hợp của các em còn yếu. Và "mâu thuẫn giữa khối lượng tri thức đang được đổi mới tăng lên phức tạp và thời gian học tập không thể tăng lên được" [14], thực tế việc giảng dạy các môn khoa học tự nhiên nói chung và bộ môn Vật lý nói riêng ở trường phổ thông vẫn còn quá phụ thuộc vào các phương pháp dạy học cổ truyền, nhồi nhét kiến thức cho học sinh vì thế mà các em không thể phát huy được năng lực của mình và còn nhiều mâu thuẫn nữa. Chỉ có giải quyết tốt các mâu thuẫn này thì mới nâng cao được chất lượng giáo dục từ đó mới phát triển tốt được nền giáo dục ở Việt Nam. Và để giải quyết các mâu thuẫn này thì cũng đòi hỏi phải đổi mới phương pháp, nội dung dạy học theo hướng tích cực hoá hoạt động nhận thức của người học. Bản chất của hướng này là khơi gợi, phát huy năng lực tìm tòi, sáng tạo … của người học thông qua việc tạo điều kiện cho họ giải quyết vấn đề. Là một sinh viên sư phạm Vật lý tôi nhận thấy rằng việc dạy học các môn khoa học ở nhà trường không chỉ là giúp cho học sinh có được một số kiến thức cụ thể nào đó mà quan trọng hơn trong quá trình dạy các kiến thức cụ thể đó phải rèn luyện cho học sinh tiềm lực để khi ra trường họ có thể tự học tập, có khả năng giải quyết các vấn đề nhằm đáp ứng những đòi hỏi đa dạng của cuộc sống. Môn Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm, giải các bài tập là một trong những hoạt động nhằm nâng cao chất lượng học tập, kích thích tính tích cực, chủ động… của học sinh. Do vậy để nâng cao được chất lượng dạy học, phát huy được năng lực của học sinh trong dạy học nói chung và trong dạy học Vật lý nói riêng thì ta phải vận dụng nhiều phương pháp và biện pháp dạy học khác nhau. Trong đó việc giải bài tập là một trong những biện pháp đó. Bởi vì các bài tập Vật lý có tầm quan trọng trong việc “ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức, rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo cho học sinh, giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn, rèn luyện cho các em vận dụng kiến thức một cách khái quát, thói quen làm việc tự lực…”[19]. Trang 2 Về việc sử dụng BTVL để phát huy những năng lực của học sinh cũng đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu, nhưng nghiên cứu việc sử dụng bài tập Vật lý nhằm phát huy tính tích cực, chủ động của học sinh trong chương các định luật bảo toàn thì chưa có đề tài nào nghiên cứu về vấn đề này. Vì những lý do trên nên tôi quyết định lựa chọn đề tài: “ Nghiên cứu, sử dụng bài tập chương “ Các định luật bảo toàn” nhằm phát huy tính tích cực, chủ động trong học tập Vật lý của học sinh lớp 10”. 2/ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu sử dụng bài tập trong dạy học chương “ Các định luật bảo toàn” của Vật lý 10 và xây dựng một số bài tập nhằm phát huy tính tích cực và chủ động cho học sinh. 3/ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU • Khách thể nghiên cứu - Nhiệm vụ, mục đích dạy học và phương pháp dạy học Vật lý ở trường THPT. - Nội dung và phương pháp dạy học các đề tài riêng biệt của giáo trình Vật lý. - Sử dụng bài tập trong dạy học Vật lý. - Tổ chức dạy học Vật lý ở trường THPT. - Phương pháp và kỹ thuật thực nghiệm Vật lý ở trường phổ thông. - Giáo viên Vật lý và học sinh lớp 10 THPT. - Quy chế kiểm tra đánh giá học sinh trung học. • Đối tượng nghiên cứu - Nghiên cứu các dạng bài tập của chương “Các định luật bảo toàn” trong chương trình Vật lý 10 THPT cơ bản. - Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc sử dụng bài tập trong giảng dạy Vật lý nhằm phát huy tính tích cực, chủ động cho học sinh. 4/ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Xây dựng và sử dụng một số bài tập Vật lý thuộc chương “Các định luật bảo toàn”_ Vật lý 10 THPT cơ bản. - Khả năng áp dụng các dạng bài tập này vào việc giảng dạy Vật lý ở các trường THPT thuộc địa bàn tỉnh An Giang. 5/ GIẢ THUYẾT KHOA HỌC - Nếu xây dựng được các dạng bài tập hay, giải quyết được nhiều vấn đề thực tiễn sẽ giúp cho giáo viên rất nhiều trong việc giảng dạy phát huy tính tích cực, chủ động của học sinh, giúp cho giáo viên kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của học sinh toàn diện hơn, chính xác hơn. 6/ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc đổi mới phương pháp dạy học trong dạy học Vật lý. Trang 3 - Nghiên cứu những yêu cầu chung đối với việc dạy học BTVL, đề xuất những biện pháp nhằm góp phần phát huy tính tích cực, chủ động cho học sinh trong việc sử dụng BTVL. - Xây dựng một số bài tập thuộc chương “ Các định luật bảo toàn”. - Tiến hành thực nghiệm sư phạm các bài tập đã xây dựng nhằm đánh giá kết quả và rút ra kết luận. 7/ ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI - Nếu đề tài này thành công nó sẽ là một tài liệu tham khảo thiết thực cho các giáo viên. Góp phần khẳng định tính khả thi của việc sử dụng bài tập vào việc giảng dạy nhằm phát huy tính tích cực, chủ động của học sinh. 8/ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU a) Phương pháp đọc sách và tài liệu tham khảo - Để tìm cơ sở lý luận cho việc nghiên cứu đề tài và sử dụng những kết quả nghiên cứu để vận dụng vào nghiên cứu đề tài tôi đã tiến hành đọc một số sách, báo, tài liệu, công trình nghiên cứu đã có… nhằm: • Nghiên cứu cơ sở lý luận dạy học về việc sử dụng BTVL theo tinh thần đổi mới PPDH. • Nghiên cứu những chính sách, văn kiện của Đảng, Nhà nước, Bộ giáo dục về việc nâng cao chất lượng giáo dục. b) Phương pháp thực nghiệm sư phạm - Tiến hành thực nghiệm sư phạm có đối chứng để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng bài tập Vật lý trong quá trình dạy học. c) Phương pháp điều tra giáo dục - Điều tra thực trạng của việc sử dụng BTVL: những thuận lợi, khó khăn của việc sử dụng bài tập trong dạy học Vật lý ở trường THPT. d) Phương pháp thống kê toán học - Tôi sử dụng phương pháp này nhằm xử lý các số liệu thu thập được từ đó có cơ sở rút ra những kết luận phù hợp. 9/ TÓM TẮT HOẠT ĐỘNG NGHIÊN CỨU 15/10/2007 – 05/11/2007 : Xây dựng đề cương chi tiết. 06/11/2007 - 30/11/2007 : Hoàn thành đề cương chi tiết. 01/12/2007 – 30/03/2008 : Hoàn thành hệ thống bài tập và tiến hành thực nghiệm. 10/04/2008 – 30/04/2008 : Hoàn chỉnh khoá luận và viết báo cáo. Trang 4 PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN I. Cơ sở tâm lý của hoạt động dạy học 1. Hoạt động dạy học: 1.1. Hoạt động dạy “Hoạt động dạy là hoạt động của người lớn tổ chức và điều khiển hoạt động của trẻ nhằm giúp chúng lĩnh hội nền văn hóa – xã hội, tạo ra sự phát triển tâm lý, hình thành nhân cách của chúng” [4]. Muốn trẻ lĩnh hội được nền văn hóa – xã hội, phát triển tâm lý và hình thành nhân cách thì hoạt động dạy của người lớn phải vạch ra được mục đích, phải có được những yếu tố tâm lý cần có trong hoạt động dạy và phải bằng cách nào đó đạt được mục đích mà hoạt động dạy đã vạch ra. Như vậy muốn tạo ra được tính tích cực trong hoạt động của học sinh. Thì người thầy phải có trình độ tổ chức và điều khiển hoạt động học. Phải làm sao cho các em vừa ý thức được đối tượng cần lĩnh hội, vừa biết cách chiếm lĩnh được đối tượng đó. Để hoạt động dạy được tiến hành một cách có hiệu quả thì ngoài mục đích và những cách thức để thực hiện được mục đích thì người dạy cần phải có những yếu tố tâm lý cần thiết. Một yếu tố bao trùm, cơ bản đó chính là nhân cách của người thầy giáo, được xem là công cụ chủ yếu để tiến hành hoạt động dạy được thể hiện trong lương tâm, trách nhiệm, trình độ và tay nghề trong hoạt động dạy - học. 1.2. Hoạt động học “Hoạt động học là hoạt động đặc thù của con người được điều khiển bởi mục đích tự giác là lĩnh hội những tri thức, kĩ năng, kỹ xảo mới, những hình thức hành vi và những dạng hoạt động nhất định”[4]. Có nhiều cách học khác nhau, thông thường được diễn ra theo hai cách: • Cách học thứ nhất: là nhằm vào việc nắm các khái niệm, kĩ năng mới, xem đó là mục đích trực tiếp của mình . • Cách học thức hai: cách tiếp thu các tri thức và kỹ năng trong khi thực hiện các mục đích khác còn gọi là học một cách ngẫu nhiên. Học theo cách thứ nhất và cách thứ hai thì cũng đều hướng một cách khách quan vào việc hình thành nhân cách học sinh nhưng trong đó học theo cách thứ nhất là yếu tố trực tiếp nhất. 1.3. Hoạt động dạy học: “Hoạt động dạy học là một quá trình hoạt động thống nhất giữa giáo viên và học sinh, trong đó giáo viên giữa vai trò hướng dẫn, tổ chức, điều khiển hoạt động của học Trang 5 sinh, học sinh giữ vai trò tự tổ chức, tự điều khiển hoạt động học của mình nhằm thực hiện các nhiệm vụ dạy học”[14]. * Đặc điểm của hoạt động dạy học: “Hoạt động dạy học ở trường trung học góp phần quan trọng vào việc thực hiện mục tiêu giáo dục trung học”[14]. “Hoạt động dạy học ở trường trung học được tiến hành với nội dung dạy học có tính hệ thống ngày càng cao và mức độ ngày càng sâu”[14]. “Hoạt động dạy học được tiến hành với sự tham gia tích cực của học sinh - chủ thể nhận thức có nhiều kinh nghiệm sống, có năng lực nhận thức phát triển hơn trước so với cùng tuổi”[14]. “Hoạt động dạy học ở trường trung học được diễn ra với sự tác động qua lại ngày càng cao giữa vai trò tích cực, chủ động của học sinh và vai trò chủ đạo của giáo viên”[14]. 2. Khái niệm tính tích cực 2.1. Tính tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh “Theo quan điểm triết học tính tích cực nhận thức thể hiện thái độ cải tạo của chủ thể nhận thức đối với đối tượng nhận thức. Theo tâm lý học tính tích cực nhận thức được hiểu là thái độ cải tạo của chủ thể đối với khách thể thông qua sự huy động ở mức độ cao của các chức năng tâm lí nhằm giải quyết những vấn đề học tập- nhận thức” [15]. Tính tích cực trong hoạt động nhận thức của HS thể hiện ở sự tích cực hoạt động trí tuệ tức là tập trung suy nghĩ để trả lời câu hỏi nêu ra, kiên trì tìm cho được lời giải của một bài toán khó. “HS phát biểu, diễn đạt quan điểm, trình bày và tranh luận về những phát hiện mới của mình. Hơn nữa, trong tiến trình giờ học HS rất tự chủ khi trình bày vấn đề, lớp học tranh luận thật tích cực và hào hứng”[12]. Như vậy tính tích cực nhận thức của học sinh là yếu tố không thể thiếu trong hoạt động dạy của người thầy giáo, học sinh có tích cực nhận thức thì mới có thể tự mình chiếm lĩnh các tri thức và phát triển toàn diện được. Do đó phát huy tính tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh là một trong các biện pháp không thể thiếu của người thầy giáo trong quá trình dạy học. 2.2. Những biểu hiện và mức độ của tính tích cực của HS * Biểu hiện của tính tích cực: Để giúp GV phát hiện được HS có tích cực hay không theo Thái Duy Tiên: Phát huy tính tích cực của người học [trực tuyến]. Đọc từ: cần dựa vào một số dấu hiệu sau đây: - HS chú ý trong học tập. - HS hăng hái tham gia vào mọi hoạt động học tập( thể hiện ở việc hăng hái phát biểu ý kiến, ghi chép…) - HS hay nêu thắc mắc, đòi hỏi giải thích cặn kẽ những vấn đề GV trình bày chưa đủ rõ. Trang 6 - HS hiểu bài, ghi nhớ tốt những điều đã học. - HS hứng thú, có ý chí quyết tâm vượt khó khăn trong học tập. - HS chủ động vận dụng linh hoạt những kiến thức, kỹ năng đã học để nhận thức các vấn đề mới. - HS mong muốn đóng góp với thầy, với bạn những thông tin mới lấy từ những nguồn khác nhau, có khi vượt ra ngoài phạm vi bài học, môn học. * Mức độ tính tích cực học sinh: Theo Thái Duy Tiên: Phát huy tính tích cực của người học. Đọc từ - Tự giác học tập hay bị bắt buộc bởi những tác động bên ngoài( gia đình, bạn bè…) - Thực hiện yêu cầu của thầy giáo theo yêu cầu tối thiểu hay tối đa. - Tích cực nhất thời hay thường xuyên liên tục. - Tích cực tăng lên hay giảm dần? - Có kiên trì vượt khó hay không? Vì thế, tùy theo việc huy động những chức năng tâm lý mà người ta phân loại tính tích cực như sau: + Bắt chước: HS bắt chước hành động, thao tác của GV, của bạn bè. Trong hành động bắt chước cũng phải có sự cố gắng của thần kinh và cơ bắp. + Tìm tòi: HS tìm cách độc lập, tự lực giải quyết bài tập nêu ra, mò mẫm cách giải khác nhau để tìm cho được lời giải hợp lý nhất. + Sáng tạo: HS nghĩ ra cách giải mới, độc đáo, đề xuất những giải pháp có hiệu quả, có sáng kiến lắp đặt thí nghiệm để chứng minh bài học. Dĩ nhiên mức độ sáng tạo của HS là có giới hạn nhưng đó là mầm móng để phát triển trí sáng tạo về sau này. 2.3. Tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh Để nâng cao chất lượng dạy học trong dạy học Vật lý thì tích cực hóa hoạt động nhận thức HS là một trong những nhiệm vụ của thầy giáo. Trong quá trình dạy học muốn tích cực hoá hoạt động nhận thức của HS, GV có nhiệm vụ tổ chức, điều khiển sao cho HS tích cực, chủ động và hứng thú hơn trong các hoạt động học tập. Trong xu hướng đổi mới phương pháp dạy học hiện nay thì việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS là một vấn đề được đặt biệt quan tâm. Đặc biệt là nghiên cứu để tìm ra những biện pháp nhằm tích cực hoá hoạt động nhận thức của HS. 2.4. Các biện pháp phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh Phát huy tính tích cực của HS trong học tập không phải là vấn đề mới. Vấn đề này đã được đặt ra trong ngành giáo dục nước ta từ những năm 60 của thế kỷ XX. Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm nên việc dạy và học Vật lý không chỉ đơn thuần là nắm được các công thức, khái niệm… mà phải có sự trãi nghiệm nhất định. Dạy học Vật lý phải làm sao kích thích hứng thú học tập của HS, làm cho HS thấy được ý nghĩa của việc học Vật lý đối với đời sống, thực tiễn và đối với bản thân học sinh. Do đó đổi mới phương pháp dạy học Vật lý là hướng tới việc tạo điều kiện cho HS tự chiếm Trang 7 lĩnh kiến thức thông qua hoạt động thực nghiệm, thông qua việc giải quyết các vấn đề thực tế. Có nhiều công trình nghiên cứu đề xuất các biện pháp nhằm phát huy tính tích cực nhận thức của HS trong giờ lên lớp. Những biện pháp này theo Thái Duy Tiên: Phát huy tính tích cực của người học [trực tuyến]. Đọc từ có thể tóm tắt như sau: a. Nói lên ý nghĩa thực tiễn, tầm quan trọng của vấn đề cần nghiên cứu. b. Nội dung dạy học phải mới nhưng cái mới không quá xa lạ đối bới HS mà cái mới phải liên hệ, phát triển cái cũ và có khả năng áp dụng trong tương lai. Kiến thức phải có tính thực tiễn, gần gũi với sinh hoạt, suy nghĩ hằng ngày, thỏa mãn nhu cầu nhận thức của HS. c. Vận dụng phối hợp các phương pháp dạy học có hiệu quả, đặc biệt là các phương pháp dạy học tích cực như: phương pháp nêu vấn đề, phương pháp thực nghiệm, phương pháp tương tác… d. Sử dụng các phương tiện dạy học hiện đại. e. Sử dụng các hình thức tổ chức dạy học khác nhau: cá nhân, nhóm, tập thể, làm việc trong vườn trường, phòng thí nghiệm… f. Khởi động tư duy, gây hứng thú học tập cho HS. Học sinh càng hứng thú học tập bao nhiêu thì việc thu nhận kiến thức của các em càng chủ động tích cực và chắc chắn bấy nhiêu. Vì vậy cần chú ý đến việc tạo tình huống có vấn đề. Những vấn đề cần nhận thức nên bộc lộ một cách đột ngột, bất ngờ nhằm gây ra sự xung đột tâm lý ở HS từ đó gây được sự tò mò, kích thích tính hiếu kì của HS. g. Kích thích tính tích cực qua thái độ, cách ứng xử giữa thầy giáo và học sinh. Động viên khen thưởng khi có thành tích học tập tốt. 3. Khái niệm tính chủ động Lý luận và kinh nghiệm sư phạm từ xưa đến nay đều quan tâm đến thái độ giảng dạy của người thầy và thái độ học tập của học sinh trong đó thái độ chủ động trong học tập của người học là một trung tâm chú ý của hoạt động dạy. Chủ động học tập theo giáo dục học có nghĩa là : “học sinh phải phát huy được vai trò chủ thể nhận thức của mình _ tự định hướng, tự tổ chức, tự đều chỉnh và tự đánh giá kết quả học tập của mình. Các em không phải là những đối tượng thụ động của giáo viên”[14]. Người học phải quán triệt tinh thần phải tự mình nắm bắt kiến thức. Giáo viên chỉ là người tổ chức, định hướng cho những hoạt động của mình. Chủ động trong nhận thức có nghĩa là bất cứ việc gì phải biết dựa vào sức mình là chính, phải biết tự suy nghĩ, phải biết nắm bắt các qui luật tự nhiên, xã hội. Có như vậy những kiến thức tiếp thu được mới thật sự vững chắc và dễ vận dụng. Như vậy tóm lại chủ động nhận thức là tự mình nắm bắt được các qui luật, hiện tượng của tự nhiên và xã hội không thụ động chờ đợi người khác mà luôn luôn có nhu cầu tìm hiểu và chế biến lại để cải tạo xã hội, cải tạo bản thân. Chủ động nhận thức của học sinh là một hiện tượng sư phạm biểu hiện ở sự cố gắng tự mình nắm bắt về nhiều mặt trong quá trình tìm tòi và nắm vững kiến thức. 4. Mối quan hệ giữa tích cực và chủ động Trang 8 Đối với học sinh tích cực, chủ động trong học tập chính là dựa vào năng lực của mình để giải quyết các vấn đề trong học tập. Tinh thần “tự lực cánh sinh”, cố gắng tự mình suy nghĩ “ thêm tí nữa” điều đó đem lại lợi ích cho người học là tự động viên, nhắc nhở tinh thần. Trong quá trình học tập phải tích cực và chủ động biết dựa vào sức mình và năng lực của mình thì mới nắm bắt được kiến thức một cách nhanh chóng được và những kiến thức đó mới thật sự dễ vận dụng Có thể thấy tính tích cực thường liên quan đến chủ động. “ Tính tích cực gắn liền với hoạt động, tính tích cực luôn mang tính chủ động”. Khái niệm về tính tích cực, tính sáng tạo [trực tuyến] Đọc từ: . Có tích cực và chủ động thì mới sinh ra hứng thú trong học tập và suy nghĩ mới độc lập và sáng tạo hơn. “Học sinh THPT có ý thức tự giác học tập rất cao vì nó gắn với động cơ học tập được xác định ngày càng rõ ràng và đúng đắn. Trình độ tư duy trừu tượng của các em ngày càng phát triển, năng lực độc lập nhận thức của các em được hình thành và dần dần được nâng cao. Vì thế hoạt động học tập các em đã có tiền đề để phát huy vai trò chủ thể tích cực của mình ngày càng bớt quan hệ phụ thuộc vào giáo viên như HS nhỏ”[14]. Trong dạy học cần tạo điều kiện cho HS tận dụng được những tiền đề trên để ngày càng phát huy cao độ vai trò chủ thể nhận thức của HS trong sự thống nhất với vai trò chủ đạo của GV. GV phải luyện tập cho các em thói quen nhìn nhận một sự kiện dưới những góc độ khác nhau, biết đặt ra nhiều giả thiết khi lí giải một hiện tượng, không bằng lòng với các giải pháp đầu tiên được nêu ra…. 5. Quan hệ giữa phát huy tính tích cực, chủ động học tập với những đặc điểm tâm lý lứa tuổi học sinh trung học phổ thông Học sinh THPT thuộc lứa tuổi từ 16 đến 18 thuộc giai đoạn đầu của tuổi thanh niên. “Về mặt cơ thể, thể chất đây là thời kỳ phát triển cân đối, hài hoà và đẹp nhất, về mặt tâm lý, trí tuệ thì đây là thời kỳ có tính chất không xác định (ở mặt này họ được coi là người lớn, mặt khác lại không) cho nên đòi hỏi người lớn phải khuyến khích hành động có ý thức trách nhiệm của các em và khuyến khích sự giáo dục lẫn nhau trong lứa tuổi thanh niên”[14]. Việc phát huy tính tích cực, chủ động của học sinh THPT cần tính đến những đặc điểm sau: • Về động cơ học tập: “Hoạt động học tập được các em xem như là để thoả mãn nhu cầu nhận thức. Thái độ và ý thức của thanh niên đối với học tập ngày càng phát triển. Nhu cầu tri thức của các em tăng lên một cách rõ rệt. Động cơ học tập có ý nghĩa quan trọng nhất là động cơ có ý nghĩa thực tiễn, sau đó tới động cơ nhận thức”[4]. Tuy nhiên, ở một số thanh niên, các em chỉ tích cực học đối với môn học quan trọng, có ý nghĩa đối với nghề đã chọn mà sao nhãng đối với môn học khác hoặc chỉ học trung bình và cũng một số học sinh cho rằng mình không thể vào đại học được nên chỉ cần học đạt yêu cầu là đủ. Vì vậy giáo viên cần làm cho học sinh hiểu được ý nghĩa Trang 9 và chức năng của giáo dục phổ thông đối với mỗi giáo dục chuyên ngành, đối với sự phát triển nhân cách toàn diện. • Về trí nhớ: “Ở học sinh THPT, ghi nhớ có chủ định giữ vai trò chủ đạo trong hoạt động trí tuệ, mặt khác vai trò của ghi nhớ logic trừu tượng, ghi nhớ ý nghĩa ngày một tăng rõ rệt…Nhưng còn một số học sinh còn ghi nhớ đại khái, chung chung, đánh giá thấp của việc ôn tập”[4]. • Về chú ý: “Chú ý của học sinh THPT có nhiều sự thay đổi. Năng lực di chuyển và phân phối chú ý cũng được phát triển và hoàn thiện một cách rõ rệt. Các em có khã năng vừa nghe giảng, vừa chép bài, vừa theo dõi câu trả lời của bạn. Tuy nhiên, các em không phải bao giờ cũng đánh giá đúng đắn ý nghĩa quan trọng của tài liệu nên các em hay chú ý không chủ định khi giáo viên đề cập tới ý nghĩa thực tiễn và sự ứng dụng tri thức nhất định vào cuộc sống”[4]. • Về tư duy: “Do cấu trúc não phức tạp và chức năng của não phát triển, do sự phát triển của các quá trình nhận thức và do ảnh hưởng của hoạt động học tập mà tư duy của học sinh THPT có nhiều thay đổi quan trọng về chất. Hoạt động tư duy của các em tích cực, độc lập hơn. Các em có khả năng tư duy lí luận, tư duy trừu tượng một cách độc lập sáng tạo…Tư duy của các em chặt chẽ hơn, căn cứ và nhất quán hơn; tính phê phán của tư duy củng phát triển” [4]. “Những đặc điểm này tạo điều kiện cho học sinh THPT thực hiện các thao tác tư duy logic, phân tích nội dung cơ bản của khái niệm trừu tượng và nắm được mối quan hệ nhân quả trong tự nhiên và xã hội. Tuy nhiên, số học sinh THPT đạt mức độ tư duy như trên chưa nhiều, thiếu sót cơ bản trong tư duy của các em là thiếu tính độc lập”[4]. Việc giúp các em phát triển khả năng nhận thức là một nhiệm vụ quan trọng của giáo viên. Giáo viên cần hướng dẫn các em tích cực suy nghĩ trong khi phân tích hoặc tranh luận để học sinh tự rút ra kết luận. • Về sự phát triển tự ý thức: Sự phát triển tự ý thức là một đặc điểm nổi bật trong sự phát triển nhân cách của thanh niên mới lớn, nó có ý nghĩa quan trọng trong sự phát triển tâm lý ở lứa tuổi thanh niên. “Ở thanh niên mới lớn nhu cầu tự ý thức phát triển mạnh mẽ. Thanh niên không chỉ có nhu cầu đánh giá mà còn có khả năng đánh giá sâu sắc hơn và tốt hơn về những phẩm chất, mặt mạnh, yếu của những người khác và các em cũng có khuynh hướng độc lập hơn trong việc đánh giá bản thân”[4]. Nhưng các em có xu hướng tự đề cao mình. Chúng ta không nên chế giễu ý kiến tự đánh giá của họ mà cần phải khéo léo tế nhị giúp thanh niên hiểu đúng về nhân cách của mình. “Trên cơ sở tự ý thức phát triển mạnh, nhu cầu tự giáo dục của thanh niên cũng được phát triển. Giáo viên cần hướng dẫn các em tự giáo dục, cần tổ chức tập thể cho học sinh giúp đỡ nhau, kiểm tra lẫn nhau”[4]. Từ những sự phân tích trên cùng với những đặc điểm tâm lý của học sinh THPT chúng ta có thể kết luận rằng đặc điểm tâm lí của học sinh THPT có những yếu tố thuận Trang 10 lợi cho phương pháp dạy học tích cực nên giáo viên cần khai thác các yếu tố này đồng thời cần phải nắm vững những yếu tố bất lợi để có biện pháp phòng tránh thích hợp. II. Cơ sở về lí luận dạy học 1. Khái niệm bài tập Vật lý “Bài tập Vật lý là một vấn đề đặt ra đòi hỏi phải giải quyết nhờ những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lý” [18]. Phân loại bài tập Vật lý Có nhiều cách phân loại BTVL: phân loại theo mục đích, nội dung, theo cách giải… “Nếu dựa theo đặc điểm của bài tập có thể phân loại BTVL thành các loại sau: bài tập định tính; bài tập định lượng; bài tập đồ thị; bài tập thí nghiệm”[18]. * Bài tập vật lý định tính “Bài tập định tính là loại bài tập mà việc giải không cần thực hiện một phép tính nào hoặc chỉ làm những phép tính đơn giản” [18]. Vai trò của loại bài tập này là: + Củng cố kiến thức đã học + Đào sâu bản chất của hiện tượng vật lý + Vận dụng kiến thức vào thực tiễn cuộc sống + Rèn luyện năng lực quan sát, bồi dưỡng tư duy logic Phương pháp giải 1. Tìm hiểu đề bài: hiểu và nắm được yêu cầu của đề ra 2. Phân tích nội dung bài tập: - Bài toán thuộc dạng nào - Cần phải sử dụng kiến thức nào đã học 3. Vận dụng những khái niệm, những định luật Vật lý đã học, xây dựng những suy luận logic để xác lập mối liên hệ phụ thuộc về bản chất giữa các đại lượng Vật lý. * Bài tập định lượng “Đây là loại bài tập mà việc giải đòi hỏi phải thực hiện một loạt các phép tính”[18]. Trong loại bài tập này có thể phân thành hai loại: • Bài tập tập dượt. “Là loại bài tập tính toán đơn giản, muốn giải chỉ cần vận dụng một vài định luật, một vài công thức”[18]. Vai trò của loại bài tập này: + Củng cố các khái niệm vừa học + Hiểu kỹ hơn các định luật, các công thức và cách sử dụng chúng. Trang 11 +Rèn luyện kỹ năng sử dụng các đơn vị Vật lý và chuẩn bị cho việc giải các bài tập phức tạp hơn. Phương pháp giải: 1. Tìm hiểu đề bài: hiểu và nắm được yêu cầu của đề bài. 2. Phân tích nội dung của bài tập. - Đại lượng nào bài toán đã cho. - Đại lượng nào cần phải tìm. 3. Sử dụng các kiến thức, công thức liên quan để tìm đại lượng bài toán yêu cầu. • Bài tập tổng hợp. “Là loại bài tập tính toán phức tạp, muốn giải phải vận dụng nhiều khái niệm, nhiều công thức có khi thuộc nhiều bài, nhiều phần khác nhau của chương trình” [18]. Vai trò của loại bài tập này: + Mở rộng đào sâu kiến thức giữa các thành phần khác nhau của chương trình. + Giúp HS biết tự mình lựa chọn những định luật, công thức trong số nhiều định luật, nhiều công thức đã học. Phương pháp giải: 1. Tìm hiểu đề bài: hiểu và nắm được yêu cầu của đề bài. 2. Phân tích nội dung của bài tập - Đại lượng nào bài toán đã cho. - Đại lượng nào cần phải tìm. - Tìm mối liên hệ giữa các đại lượng Vật lý bằng các kiến thức đã học. 3. Sử dụng các công thức, các kiến thức có liên quan để tìm đại lượng bài toán yêu cầu. * Bài tập đồ thị: “Là bài tập mà trong dữ kiện đã cho của đề bài hay trong tiến trình giải có sử dụng đồ thị”[18]. Vai trò của bài tập này: + Giúp HS biểu diễn được mối tương quan hàm số giữa các đại lượng Vật lý. + Biết cách vẽ đồ thị hoặc khai thác đồ thị để giải quyết các bài tập Vật lý. Tùy vào mục đích người ta có thể phân bài tập đồ thị ra 3 dạng sau: • Đọc đồ thị và khai thác đồ thị đã cho. • Vẽ đồ thị theo dữ kiện đã cho của bài tập. • Dùng đồ thị để xác định những dữ kiện cho bài tập. Phương pháp giải: Trang 12 + Đối với dạng bài tập mà dữ kiện cho trong bài toán là một đồ thị thì phải hiểu được ý nghĩa của đồ thị: Xem đồ thị biểu đạt mối liên hệ giữa các đại lượng vật lý nào, tương đương với công thức nào. Từ đồ thị đã cho rút ra những số liệu chính xác. Từ đó vận dụng những kiến thức đã học có liên quan đến yêu cầu của bài toán để giải. + Đối với dạng bài tập đòi hỏi phải biểu diễn quá trình diễn biến của một hiện tượng nào đó bằng đồ thị thì: Hình dung được diễn biến của hiện tượng, mối liên hệ giữa các đại lượng đã choở đề bài. Vẽ hình xác định đồ thị biểu biễn các số liệu đã cho. Từ đồ thị ta cũng có thể tìm ra được một kết quả nào đó mà bài toán yêu cầu hay một định luật vật lý. * Bài tập thí nghiệm: “Là bài tập mà trong khi giải phải tiến hành thí nghiệm, hoặc để kiểm chứng cho lời giải lý thuyết hoặc để tìm các số liệu, dự kiện dùng cho việc giải bài tập”[18]. Vai trò của loại bài tập này: + Giáo dục HS về cả 3 mặt: giáo dục, giáo dưỡng, giáo dục kỹ thuật tổng hợp. + Loại bài tập này thường gây cho HS hứng thú và rèn luyện tính sáng tạo cho HS. 2. Nhiệm vụ dạy học môn Vật lý ở trường phổ thông “Môn vật lý ở trường phổ thông góp phần hoàn chỉnh học vấn phổ thông và làm phát triển nhân cách của học sinh, chuẩn bị cho học sinh bước vào cuộc sống lao động, sản xuất, bảo vệ Tổ Quốc hoặc tiếp tục học lên…”[6]. Chính vì vậy môn vật lý ở trường phổ thông có các nhiệm vụ sau: “a) Cung cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông cơ bản, tương đối có hệ thống, toàn diện về vật lý học. Hệ thống kiến thức này phải thiết thực, có tính kỹ thuật tổng hợp và phải phù hợp với những quan điểm hiện đại của vật lý. Những kiến thức này gồm: - Những khái niệm tương đối chính xác về các sự vật, hiện tượng và quá trình vật lý thường gặp trong đời sống và sản xuất thuộc các lĩnh vực cơ học, nhiệt học, vật lý phân tử… - Những định luật và nguyên lý Vật lý cơ bản, được trình bày phù hợp với năng lực toán học và năng lực suy luận logic của học sinh. - Những nét chính về những thuyết Vật lý quan trọng nhất như thuyết động học phân tử về cấu tạo chất, thuyết điện tử, thuyết ánh sáng, thuyết cấu tạo nguyên tử… - Những hiểu biết cần thiết về phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình hoá trong Vật lý học. Trang 13 - Những nguyên tắc cơ bản của các ứng dụng quan trọng nhất của Vật lý trong đời sống sản xuất”[6]. b) “Rèn luyện cho học sinh những kỹ năng cơ bản sau đây: - Các kỹ năng thu lượm thông tin về Vật lý từ quan sát thực tế, thí nghiệm, điều tra, sưu tầm tài liệu, tìm hiểu trên các phương tiện thông tin đại chúng, khai thác mạng Internet… - Các kỹ năng truyền đạt thông tin về Vật lý như: thảo luận khoa học, báo cáo viết.. - Các kỹ năng xử lý thông tin về Vật lý như: xây dựng bảng, biểu đồ, vẽ đồ thị, rút ra kết luận bằng suy luận quy nạp, suy luận tương tự, khái quát hoá… - Các ký năng quan sát, đo lường, sử dụng các công cụ và máy móc đo lường phổ biến và năng lực thực hiện những thí nghiệm Vật lý đơn giản. - Các kỹ năng giải các bài tập Vật lý phổ thông. - Các kỹ năng vận dụng những kiến thức Vật lý để giải thích các hiện tượng đơn giản và những ứng dụng phổ thông của Vật lý trong đời sống và sản xuất. - Các thao tác sử dụng các thao tác tư duy logic như: phân tích, tổng hợp, quy nạp, diễn dịch….. c) Góp phần xây dựng cho học sinh thế giới quan khoa học và đạo dức cách mạng, giáo dục cho học sinh lòng yêu nước và chủ nghĩa xã hội. Rèn luyện cho học sinh những phẩm chất cần thiết của người lao động mới…”[6]. 3. Mục đích, yêu cầu của chương “Các định luật bảo toàn” - Vật lý 10 cơ bản Chương “Các định luật bảo toàn” được học trong đầu HKII lớp 10 THPT. “Các định luật bảo toàn” là “hòn đá thử vàng” của mọi thuyết Vật lý, chúng là cơ sở của những tính toán quan trọng trong Vật lý thực nghiệm và trong kỹ thuật. Phần này cung cấp cho HS hiểu biết cơ bản về những khái niệm, định luật, ứng dụng liên quan tới các hiện tượng mà các HS thường gặp trong tự nhiên, trong cuộc sống, kỹ thuật. “Các định luật bảo toàn cung cấp thêm một phương pháp giải các bài tập cơ học rất hữu hiệu, bổ sung cho phương pháp động lực học. Các định luật bảo toàn không phụ thuộc vào quỹ đạo của các hạt và tính chất của các tương tác. Giải các bài tập cơ học bằng cả hai phương pháp bao giờ cũng dẫn đến cùng một kết quả, nhưng khi sử dụng các định luật bảo toàn trong một số bài toán thường nhận được kết quả nhanh hơn”[6]. Chương “Các định luật bảo toàn” có tác dụng về nhiều mặt ngoài việc giúp cho HS nắm vững những khái niệm, định luật và các ứng dụng thực tế… Phần này còn có nhiều các hiện tượng mà HS thường gặp trong thực tế, việc giải bài tập về các hiện tượng thực tế này sẽ giúp cho HS có cơ hội để rèn luyện kỹ năng, hoạt động trí óc qua đó mở rộng vốn hiểu biết, đồng thời phát triển năng lực tích cực, chủ động, trình độ tư duy…cho HS. Yêu cầu của chương này là thông qua quan sát thực tế, để nghiên cứu các hiện tượng và quá trình Vật lý, các định luật cũng như ứng dụng của các định luật bảo toàn. 4. Bài tập trong dạy học Vật lý nhằm phát huy tính tích cực, chủ động cho học sinh Trang 14 4.1. Vai trò của bài tập Vật lý trong việc phát huy tính tích cực, chủ động của học sinh. BTVL có vai trò rất to lớn trong dạy học Vật lý, nó giúp cho học sinh nắm vững và hiểu sâu các kiến thức lý thuyết đã học trên lớp. Thông qua đó sẽ giúp cho học sinh hiểu bài và ghi nhớ tốt những điều đã học, từ đó các em sẽ hứng thú hơn trong hoạt động học tập của mình. “Trong quá trình dạy học Vật lý. Các bài tập có tác dụng giúp học sinh ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức”[19]. Chẳng hạn như khi giải bài tập học sinh phải vận dụng các kiến thức Vật lý đã học vào để giải quyết các trường hợp cụ thể, đa dạng của bài toán, HS sẽ nắm được những ứng dụng quan trọng của kiến thức trong thực tế, trong kỹ thuật. Từ đó sẽ tạo cho học sinh sự tò mò, hứng thú học tập môn Vật lý. “BTVL là điểm khởi đầu để dẫn tới kiến thức mới”[19]. Ví dụ như khi cho một bài tập các học sinh sẽ chủ động vận dụng linh hoạt những kiến thức đã học để nhận thức các vấn đề mới. Đây là cơ sở nhằm đảm bảo cho HS lĩnh hội kiến thức mới một cách sâu sắc. “Giải BTVL có tác dụng rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát”[19]. Khi giải một BTVL đòi hỏi học sinh phải kiên trì, tích cực suy nghĩ, vừa làm việc tự lực, vừa làm việc theo nhóm, theo tập thể. Từ đó rèn luyện cho học sinh ý chí quyết tâm vượt khó trong học tập, rèn luyện tính kiên trì, làm việc có kế hoạch. “Giải BTVL đòi hỏi ở học sinh hoạt động trí tuệ tích cực, tự lập và sáng tạo. Vì vậy có tác dụng tốt đối với sự phát triển tư duy sáng tạo của HS”[19]. Ví dụ cụ thể đối với một bài toán về bảo toàn hướng trong “Các định luật bảo toàn”: khi ngồi trên xe, khi xe rẽ trái tại sao người của chúng ta lại rẽ sang phải. Để trả lời được câu hỏi của bài toán này đòi hỏi học sinh phải suy luận, phải hoạt động trí tuệ….của mình. Một BTVL có thể được giải theo nhiều phương án khác nhau và dù giải theo cách này hay cách khác thì đáp số là như nhau. Việc giải BTVL theo các phương án khác nhau sẽ gây ra sự tranh luận, các học sinh sẽ phát biểu ý kiến, những nhận định riêng của mình từ đó các em sẽ hăng hái tham gia vào mọi hoạt động học tập. “Giải BTVL có tác dụng kiểm tra mức độ nắm kiến thức của HS”[19]. Thông qua đó giúp cho giáo viên đánh giá chất lượng kiến thức của HS được chính xác để từ đó mà có biện pháp dạy học cho thích hợp. Bài tập Vật lý có vai trò rất toàn diện trong dạy học Vật lý chính vì thế việc sử dụng bài tập vật lý trong dạy học là không thể thiếu và sử dụng bài tập nhằm phát huy tính tích cực, chủ động cho học sinh trong dạy học vật lý là một trong những cách áp dụng phương pháp dạy học theo hướng tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh. 4.2. Phương pháp giải bài tập Vật lý Không có một phương pháp chung, vạn năng có thể áp dụng để giải quyết mọi bài toán Vật lý. Tuy nhiên đa số các bài tập Vật lý quá trình giải của nó có thể qui về một số bước chung. Đó cũng là cơ sở để GV xác định phương pháp hướng dẫn HS giải bài toán Vật lý: • Bước 1: Tìm hiểu đề bài. - Đọc, ghi ngắn gọn các dữ liệu xuất phát và cái phải tìm. Trang 15 - Mô tả lại tình huống được nêu trong đề bài, vẽ hình minh hoạ. - Nếu đề bài yêu cầu thì phải dùng đồ thị hoặc làm thí nghiệm để thu được các dữ liệu cần thiết. • Bước 2: phân tích nội dung bài tập, làm sáng tỏ bản chất Vật lý mô tả trong bài tập. Bước phân tích này có tác dụng quyết định đến chất lượng của việc giải bài toán Vật lý. Cần làm sáng tỏ một số điểm sau: 1. Bài tập đang giải thuộc loại bài tập nào? Bài tập định tính hay bài tập định lượng, bài tập đồ thị hay bài tập thí nghhiệm. 2. Nội dung bài tập đề cập đến những hiện tượng Vật lý nào? Mối liên hệ giữa các hiện tượng ra sao và diễn biến thế nào? 3. Đối tượng được xét ở trạng thái nào, ổn định hay biến đổi? Những điều kiện ổn định hay biến đổi là gì? 4. Có những đặc trưng định tính, định lượng nào đã biết và chưa biết? Mối quan hệ giữa các đặc trưng đó liên quan đến những đại lượng, qui tắc, định nghĩa nào. • Bước 3: Xác định phương hướng và vạch kế hoạch giải: - Có 2 phương pháp để giải một bài tập Vật lý: phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp. * Phương pháp phân tích thì việc giải một bài tập Vật lý được phân ra nhiều giai đoạn, tạo thành một hệ thống các bài tập nhỏ đơn giản hơn. Ta phải lần lượt giải các bài tập nhỏ đó để tìm ẩn số. Theo phương pháp này việc giải một bài toán được bắt đầu từ ẩn số. * Phương pháp tổng hợp thì việc giải bài tập không bắt đầu từ ẩn số mà bắt đầu từ dữ kiện của bài toán để tính toán( hoặc lập luận) để tiến dần tới ẩn số phải tìm. • Bước 4: kiểm tra xác nhận kết quả: Để có thể xác nhận kết quả cần tìm, cần kiểm tra lại việc giải theo một số cách sau: - Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi, xét hết các trường hợp chưa. - Kiểm tra lại xem tính toán có đúng không. - Kiểm tra thứ nguyên xem có phù hợp không. - Xem xét kết quả về ý nghĩa thực tế có phù hợp không. - Kiểm tra kết quả bằng thực nghiệm xem có phù hợp không. - Giải bài toán theo cách khác xem có cho cùng kết quả không. 4.3. Những yêu cầu chung đối với dạy học BTVL GV phải hoạch định được toàn bộ kế hoạch công việc về bài toán, đối với từng đề bài, từng tiết học. Trong việc giải BTVL giáo viên phải dạy cho HS biết vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề đặt ra, rèn luyện cho HS kỹ năng, kỹ xảo từ đó giải thích được những Trang 16 hiện tượng mà bài toán đặt ra. Phái coi trọng việc rèn luyện tư duy và phải đảm bảo tính tích cực, tính tự lực, chủ động của HS. 4.4. Những hoạt động của giáo viên và học sinh khi giải BTVL * Hoạt động của GV Tổ chức cho HS hoạt động ở trên lớp. Xác định rõ mục đích của bài tập, những vấn đề mà bài tập đặt ra và hướng giải quyết các vấn đề đó. Dự đoán các phương án mà HS đưa ra. Dự kiến những khó khăn mà HS có thể gặp, những tình huống trong khi giải bài tập. Chuẩn bị các phương tiện vật chất cho tiết dạy. Hướng dẫn HS thực hiện các nhiệm vụ đặt ra và giải quyết được các bài toán cụ thể. * Hoạt động của HS khi giải BTVL ở lớp Đọc kỹ đề bài, phân tích hiện tượng Vật lý đã cho, xác định cái đã biết và cái cần tìm bằng tóm tắt ngắn gọn. Xác định rõ mối liên hệ phụ thuộc kiến thức đã học với các hiện tượng Vật lý đã xảy ra trong bài hoặc vận dụng kiến thức để xác định phương án giải bài tập. Vẽ hình nếu bài tập có liên quan đến hình vẽ hoặc cần phải vẽ để diễn tả đề bài. Xử lý các dữ liệu thu được để rút ra mối liên hệ giữa chúng. Thực hiện các lập luận dựa trên kiến thức đã học để rút ra kết luận. Như vậy, BTVL có vai trò rất to lớn trong quá trình nhận thức của học sinh. Hơn nữa xu hướng đổi mới phương pháp dạy học hiện nay đó là tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh vì thế chúng ta cần quan tâm hơn nữa đến loại hình của BTVL. Nếu khai thác và sử dung BTVL tốt sẽ góp phần phát huy tính tích cực, chủ động cho học sinh. III. Cơ sở thực tiễn * Thực trạng dạy học bài tập Vật lý ở trường THPT “Việc dạy học Vật lý trong phổ thông hiện nay còn chưa phát huy được hết vai trò của bài tập Vật lý trong việc thực hiện các nhiệm vụ dạy học”[16]. Qua tham khảo ý kiến của một số chuyên gia, giáo viên đang giảng dạy Vật lý ở các trường phổ thông và qua những tham khảo về điều tra đánh giá phương pháp giảng dạy Vật lý thì hiện nay việc sử dụng bài tập Vật lý vào dạy học có 2 thực trạng sau: Thời lượng dành để giải bài tập không nhiều, thông thường trong một chương chỉ có một vài tiết bài tập. Số dạng bài tập được sử dụng không nhiều, chỉ tập trung vào một số dạng nhất định. Qua kết quả của một cuộc điều tra của trang Web về đổi mới phương pháp giáo dục “ Học sinh muốn được học thế nào?[ trực tuyến] Đọc từ: ” kết quả ban đầu cho thấy một trong các hoạt động đem lại hứng thú nhất cho người học đó là những hành động mà người học được phát huy tính tích cực của mình như: làm bài Trang 17 tập, tự làm thí nghiệm, làm bài kiểm tra. Trong đó làm bài tập đứng hàng thứ hai (chiếm 21,72%) trong số 8 lựa chọn. Như vậy người học rất có nhu cầu được làm bài tập trong việc học tập Vật lý. Trong một số nghiên cứu được trình bày tại hội nghị hội thảo khoa học Vật lý đã đề cập đến thực trạng về PPDH nói chung và PPDH Vật lý nói riêng. Phong trào đổi mới phương pháp dạy và học đã được sự quan tâm của các cấp quản lý và đông đảo giáo viên. Vật lý là môn khoa học thực nghiệm vì vật về mặt nhận thức thì mọi giáo viên Vật lý đều thống nhất để nâng cao chất lượng dạy học và phát triển năng lực nhận thức của học sinh trong dạy học Vật lý, phải tăng cường sử dụng bài tập, thí nghiệm và các phương tiện trực quan trong việc dạy học. Do đó, việc đưa BTVL vào quá trình dạy học Vật lý sẽ góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học Vật lý. Về mặt thực tiễn thì nhiều giáo viên còn ngại đổi mới, chưa muốn từ bỏ cách dạy truyền thống nên HS ít được rèn luyện độc lập suy nghĩ, làm việc tích cực chính vì thế mà khả năng tự học của các em còn rất hạn chế. Trang 18 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” VẬT LÝ 1O_CƠ BẢN I. Mức độ nội dung kiến thức mà học sinh cần nắm vững 1. Động lượng và định luật bảo toàn động lượng 1.1. Động lượng: a) Khái niệm xung lượng của lực - Xung lượng của lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng của lực làm biến đổi chuyển động của vật trong một khoảng thời gian nào đó. - Xung lượng của lực trong một khoảng thời gian được đo bằng tích của lực với khoảng thời gian lực tác dụng: tF ∆→ . b) Khái niệm động lượng - Động lượng là đại lượng đặc trưng cho sự truyền chuyển động giữa các vật tương tác. - Động lượng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc → v là đại lượng được xác định bởi công thức: vmp rr .= - Quan hệ giữa xung lượng của lực và độ biến thiên động lượng của vật bị lực tác dụng: ptF r r ∆=∆. 1.2. Định luật bảo toàn động lượng: a) Hệ cô lập: Một hệ được gọi là cô lập khi các vật bên trong hệ chỉ tương tác với nhau mà không hề tương tác với bất kỳ một vật nào khác ngoài hệ. Thực tế không có hệ cô lập tuyệt đối nhưng có thể tìm thấy một số hệ gần cô lập như: + Khi ngoại lực tác dụng lên hệ rất nhỏ so với nội lực bên trong xảy ra trong thời gian rất ngắn ( trong trường hợp có va chạm mạnh, nổ) + Các ngoại lực tác dụng lên hệ bị khử lẫn nhau ( vật chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang) + Hệ vật – Trái Đất có thể xem là hệ cô lập - Cô lập theo một hướng nào đó + Nếu F r ngoại lực khác không nhưng hình chiếu của F r ngoại lực lên một hướng nào đó bằng không thì theo phương đó hệ cô lập. b) Định luật bảo toàn động lượng: Tổng động lượng của một hệ cô lập được bảo toàn Trang 19 =+++ nppp rrr ...21 hằng số - Nếu hệ có hai vật thì: 221122112121 vmvmvmvmpppp ′+′=+⇒′+′=+ rrrrrrrr - Nếu hệ hai vật chuyển động trên cùng một đường thẳng thì có thể viết biểu thức của định luật bảo toàn động lượng dưới dạng đại số: 221122112121 vmvmvmvmpppp ′+′=+⇒′+′=+ trong đó 21212121 ,,,,,,, vvvvpppp ′′′′ là các đại lượng đại số có dấu (+) hay (-) tùy thuộc vào chiều của vận tốc. c) Va chạm mềm: - Va chạm mềm là va chạm mà sau khi va chạm vận tốc tương đối của vật bằng không. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ cô lập{ 21, mm }ta có: 21 11 2111 )( mm vmv vmmvm +=⇒ += rr rr d) Va chạm đàn hồi: - Là va chạm mà sau va chạm 2 vật bật ra nguyên vẹn cả hình dạng bên ngoài và trạng thái nội tại bên trong. e) Chuyển động bằng phản lực: là chuyển động của vật tự tạo ra phản lực bằng cách phóng về một hướng một phần chính của nó, phần còn lại sẽ chuyển động ngược chiều do tác dụng của phản lực + Súng giật lùi khi bắn là chuyển động bằng phản lực không liên tục. + Tên lửa, pháo thăng thiên khi phóng lên là chuyển động phản lực liên tục nhờ có nhiên liệu được đốt cháy và phóng ra liên tục. * Một số lưu ý đối với học sinh trong bài này: - Động lượng là một đại lượng vectơ. Vectơ động lượng luôn cùng hướng với vectơ vận tốc của vật. - Khi không có lực tác dụng lên vật hoặc khi tổng hợp các lực tác dụng lên vật bằng không thì động lượng của vật giữ nguyên độ lớn, phương và chiều. - Khái niệm xung của lực tFp ∆=∆ rr cũng là một cách phát biểu của định luật II Niutơn trong khuôn khổ của cơ học cổ điển khi khối lượng của vật không thay đổi. Vì thế chỉ nghiệm đúng chính xác trong trường hợp lực F r không đổi. Nếu F r thay đổi trong quá trình tác dụng thì vẫn có thể áp dụng định luật biến thiên động lượng trong điều kiện t∆ không lớn và Fr là trị trung bình của lực tác dụng. - Một hệ cũng có thể được coi là cô lập khi ngoại lực tác dụng lên hệ vuông góc với phương chuyển động của hệ, không làm ảnh hưởng đến vận tốc của hệ. - Định luật bảo toàn động lượng chỉ áp dụng đúng trong hệ cô lập và áp dụng cho mọi loại va chạm. Trang 20 - Điều quan trọng trong bài này đó là hệ qui chiếu bởi vì động lượng là một đại lượng vectơ. Phần lớn HS sẽ ít chú ý đến vấn đề này nên sẽ gặp nhiều sai sót khi tính động lượng. Giáo viên cần phải hướng dẫn và làm rõ vấn đề này cho HS hiểu. 2.Công và công suất 2.1. Công: a) Khái niệm về công: - Khi điểm đặt của lực F r chuyển dời được một đoạn s theo hướng của lực thì công do lực sinh ra là: A=F.s b) Định nghĩa công trong trường hợp tổng quát: - Khi lực F r không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc α thì công thực hiện bởi lực đó được tính theo công thức: A=Fscosα - Khi vật di chuyển, lực F r có thể biến đổi, quãng đường đi có thể là đường cong và không đổi. Để tính công của lực F r trong chuyển dời này, ta chia đường đi thành những đoạn nhỏ, tính công của lực F r trong từng đoạn nhỏ này ( công này gọi là công nguyên tố) rồi cộng tất cả những công nguyên tố ấy lại đó là công của lực F r trong chuyển dời. c) Biện luận: - Khi α 0 0>⇒ A . Công A được gọi là công phát động (công dương). Lực có tác dụng làm vật chuyển dời. - Khi α > 090 thì cosα <0 0<⇒ A Công A được gọi là công cản ( công âm). Lực có tác dụng cản trở sự chuyển dời của vật. - Khi α = 090 thì cosα =0 0=⇒ A .Lực không sinh công. d) Đơn vị công: Đơn vị công là jun (ký hiệu là J). Nếu F=1N và s=1m thì: A=1N.1m=1N.m=1J 2.2. Công suất: a) Khái niệm công suất: Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công và được đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian: P = t A Trong đó P là công suất A là công(J ) t là thời gian (s) b) Đơn vị công suất: Đơn vị công suất là jun/ giây, đặt tên là oát, kí hiệu W. Trang 21 1W= s J 1 1 * Một số lưu ý đối với học sinh trong bài này: - Công phụ thuộc vào hệ qui chiếu. - Lực tác dụng lên vật theo phương vuông góc với đường đi thì lực không sinh công, không thay đổi độ lớn. - Công không phụ thuộc vào dạng đường đi mà phụ thuộc vào vị trí điểm đầu, điểm cuối của dịch chuyển và dạng đường đi. - Đặc biệt học sinh rất hay nhầm lẫn giữa công và năng lượng giáo viên cần phải phân biệt để HS rõ. Công xuất hiện khi có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác hay truyền từ vật này sang vật khác. Công không phải là năng lượng mà là một hình thức vĩ mô của sự truyền năng lượng. Nên độ lớn của công xác định độ lớn của phần năng lượng được truyền từ vật này sang vật khác hay chuyển từ dạng này sang dạng khác trong quá trình đó. - Những lực nào có tác dụng sinh công không phụ thuộc vào dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi đó thì được gọi là lực thế. Trường lực có tính chất như vậy được gọi là trường lực thế. 3. Động năng. 3.1. Khái niệm động năng: a) Năng lượng: - Mọi vật xung quanh ta đều mang năng lượng. Năng lượng có thể trao đổi khi các vật tương tác với nhau. b) Động năng: - Động năng là dạng năng lượng mà vật có được do đang chuyển động. c) Công thức tính động năng: Động năng của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là năng lượng (ký hiệu Wđ) mà vật có được do nó đang chuyển động và được xác định theo công thức: Wđ = 22 1 mv . Đơn vị đông năng là jun (J) 3.2. Công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng: Độ biến thiên động năng của vật bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật. Wđ2 – Wđ1 = A Amvmv =−⇒ 2122 2 1 2 1 + A >0: động năng tăng. + A <0: động năng giảm. * Một số lưu ý đối với học sinh trong bài học: Trang 22 - Động năng là một đại lượng vô hướng, không phụ thuộc hướng của vận tốc và luôn luôn dương. - Vì vr phụ thuộc hệ qui chiếu nên động năng của một vật cũng phụ thuộc hệ qui chiếu. - Động năng là một trường hợp đặc biệt của năng lượng hay là một dạng của năng lượng. - Khi va chạm là đàn hồi thì sau va chạm động năng của hệ bảo toàn ta sẽ sử dụng được định luật bảo toàn động năng, còn va chạm mềm sau va chạm một phần năng lượng của hệ chuyển hóa thành nhiệt năng do đó động năng của hệ không bảo toàn mà chỉ có động lượng của hệ mới bảo toàn và ta sẽ sử dụng định lý động năng 4. Thế năng 4.1. Thế năng trọng trường: a) Trọng trường: - Xung quanh trái đất tồn tại một trọng trường. Biểu hiện của trọng trường là sự xuất hiện trọng lực tác dụng lên một vật khối lượng m đặt tại vị trí bất kỳ trong khoảng không gian có trọng trường. gmp rr = b) Thế năng trọng trường: - Định nghĩa: Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa trái đất và vật ; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường. - Biểu thức thế năng trọng trường: Khi một vật có khối lượng m đặt ở độ cao z so với mặt đất có thế năng trọng trường được định nghĩa bằng công thức: Wt = mgz c) Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực. - Khi một vật chuyển động trong trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực bằng độ giảm thế năng từ M → N. )()( NWMWA ttMN −= Độ cao của vật giảm: A >0 Độ cao vật tăng : A <0 d) Thế năng đàn hồi: *Công của lực đàn hồi: Khi một vật biến dạng thì nó có thể sinh công. Khi đưa lò xo từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng thì công thực hiện bởi lực đàn hồi được xác định bằng công thức: A= 2)( 2 1 lk ∆ * Thế năng đàn hồi: Trang 23 - Thế năng đàn hồi của một vật là dạng năng lượng mà vật có được dưới tác dụng của lực đàn hồi. - Một lò xo bị căng ra hoặc nén lại với độ biến dạng l∆ có thế năng đàn hồi được tính bằng công thức: Wtđh 2 2 1 lk∆= * Một số lưu ý đối với học sinh: - Khi tính thế năng của một hệ vật, ta có thể chọn một vị trí nào đó và qui ước rằng thế năng ở đó bằng không. Sau đó, thế năng của hệ ở những vị trí khác được tính so với mức thế năng bằng không đó. Do đó thế năng của một vật có thể có giá trị lớn hay nhỏ, dương hay âm tùy theo cách chọn mốc thế năng. - Có thể chọn mốc thế năng là những điểm không nằm trên mặt đất. Khi đó z là độ cao của vị trí của vật so với điểm được chọn làm mốc thế năng. - Nhấn mạnh với học sinh về trường lực thế. Chú ý với học sinh rằng chỉ trong trường hợp các lực tương tác là lực thế thì mới tạo ra thế năng của vật. 5. Cơ năng 5.1.Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường. a) Định nghĩa: Cơ năng của vật chịu tác dụng của trọng lực bằng tổng động năng và thế năng trọng trường của vật W= Wđ + Wt W = mgzmv +2 2 1 b) Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường - Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn: W= Wđ + Wt = hằng số hay mgzmv +2 2 1 = hằng số c) Hệ quả: Khi động năng tăng thì thế năng giảm (động năng chuyển hóa thành thế năng) và ngược lại. Tại vị trí nào động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại. 5.2.Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi: Khi vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi gây bởi sự biến dạng của một lò xo đàn hồi thì trong quá trình chuyển động của vật cơ năng được tính bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật là một đại lượng bảo toàn. W= 22 )( 2 1 lkmv ∆+ = hằng số * Một số lưu ý đối với học sinh: Trang 24 - Đối với hệ cô lập hay chỉ chịu tác dụng của lực thế thì cơ năng của hệ mới là một đại lượng bảo toàn. Còn đối với hệ không cô lập hay chịu tác dụng của lực không thế khi vật thì cơ năng không bảo toàn và độ biến thiên cơ năng của vật bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật: A= W2- W1 II. Một số bài tập trong chương “Các định luật bảo toàn” Bài 1: Quả bóng A có khối lượng m = 1 kg đang chuyển động với vận tốc vA = 15 m/s a) Hãy tính động lượng của quả bóng? b) Một quả bóng B có khối lượng 2 kg chuyển động với vận tốc vB = 10 m/s. Hãy xác định độ lớn động lượng của hệ 2 bóng A- B khi: • BA vv rr ↑↑ • BA vv rr ↑↓ • BA vv rr ⊥ c) Bóng A bay đến đập vào tường với góc tới o0=α . Hướng vận tốc của bóng trước và sau va chạm tuân theo qui luật phản xạ gương. Hãy tính lực trung bình tác dụng lên bóng nếu thời gian va chạm là 0,01s. 1. Các mục tiêu học sinh cần đạt được: - Kiến thức: vận dụng được công thức về động lượng, độ biến thiên động lượng của vật và hệ vật, công thức về mối liên hệ giữa lực tác dụng và độ biến thiên động lượng. - Kỹ năng: phân tích, vận dụng các kiến thức đã học trong bài động lượng để giải quyết các vấn đề đặt ra trong bài toán. 2. Tóm tắt: m = 1 kg ; vA = 15 m/s m1 = 2 kg ; vB = 10 m/s st 01,0;00 =∆=α BA vv rr ↑↑ ; BA vv rr ↑↓ ; BA vv rr ⊥ a) pA= ? b) p= ? c) F = ? 3. Phân tích bài toán: Bài toán yêu cầu tính động lượng của một vật; hệ vật khi các vật chuyển động trên cùng một đường thẳng và khi các vật không chuyển động trên cùng một đường thẳng. Tính lực trung bình tác dụng lên vật. Khi các vật chuyển động trên cùng một đường thẳng ta chọn vật mốc làm chiều dương, viết công thức tính động lượng dưới dạng đại số. Động lượng của vật chuyển động theo chiều dương có giá trị dương, ngược lại có giá trị âm. Khi các vật không chuyển động trên cùng một đường thẳng ta cũng chọn chiều dương, vẽ các vectơ động lượng của hệ. Dùng phép cộng vectơ để tính động lượng của hệ. 4. Giải a) Động lượng của vật A: pA= m. vA = 1.15 = 15 kg.m/s b) Khi BA vv rr ↑↑ ; BA vv rr ↑↓ các vật chuyển động trên cùng một đường thẳng TH: BA vv rr ↑↑ Trang 25 Chọn chiều dương là chuyển động của vật A: Động lượng của hệ: p= pA + pB = 1.15 + 2.10 = 35 kg.m/s TH: BA vv rr ↑↓ Ap r Bp r (+) Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật A. Hai vật chuyển động ngược chiều nên: Động lượng của hệ: p = pA - pB = 15 – 20 = -5 kg.m/s TH: BA vv rr ⊥ Động lượng của hệ: BA ppp rrr += BA vv rr ⊥ BA pp rr ⊥⇒ 2222 2015 +=+=⇒ BA ppp = 25 kg.m/s c. Độ biến thiên động lượng của quả bóng A: vmvmppp r rrrr .'.' −=−=∆ • 00=α 'rp pr ' rr pp ↑↓ , độ lớn độ biến thiên động lượng: mvppp 2' =+=∆ A= 2.1.15 = 30 kg.m/s Độ lớn của tường tác dụng lên bóng: 3000 01,0 30 ==∆ ∆= t pF N Bài 2: Hai quả cầu có khối lượng m1 và m2 chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang. Quả cầu I chuyển động với vận tốc v1 đến va chạm vào quả cầu II đang đứng yên. Hãy xác định vận tốc của quả cầu II sau va chạm nếu: Ap r Bp r p r Ap r Bp r pr (+) Trang 26 a) Sau va chạm hai quả cầu dính vào nhau và chuyển động cùng vận tốc v. b) Sau va chạm quả cầu I , quả cầu II bật trở lại và vận tốc của quả cầu I giảm đi một nửa. c) Sau va chạm quả cầu I bị bắn ra với vận tốc v’ = 10 m/s theo hướng làm với hướng chuyển động ban đầu một góc 500 1. Các mục tiêu học sinh cần đạt được: - Kiến thức: vận dụng được kiến thức về bảo toàn động lượng, các trường hợp có thể áp dụng định luật bảo toàn động lượng. - Kỹ năng: phân tích, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề đặt ra trong bài toán. 2. Tóm tắt: Quả cầu I: m1 ; v1 Quả cầu II: m2 ; v2 = 0 1 ' 1 2 1 vv = v’ = 10 m/s ; 050=α Tính: a) ?'21 =v ; b) '22v = ?; c) ?'23 =v 3. Phân tích bài toán: Vì các quả cầu chuyển động không ma sát nên hệ là hệ cô lập và ta có thể áp dụng định luật bảo toàn động lượng để tính vận tốc của các quả cầu trong hệ. Đối với câu a sau va chạm hai quả cầu mắc vào nhau và chuyển động cùng vận tốc. Va chạm mềm và hai vật chuyển động trên cùng đường thẳng nên ta chọn vật mốc làm chiều dương và áp dụng định luật bảo toàn động lượng dưới dạng đại số, quả cầu nào chuyển động cùng chiều dương có giá trị dương, ngược lại có giá trị âm. Câu b va cham đàn hồi và hai vật chuyển động trên đường thẳng nên ta cũng áp dụng tương tự như câu a để tính vận tốc. Đối với câu c hai quả cầu không chuyển động trên cùng một đường thẳng ta tính động lượng của hệ trước và sau va chạm. Vẽ các vectơ động lượng. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng dưới dạng vectơ và dựa vào hình vẽ để tính '23v 4. Giải a) Giả sử sau va chạm 2 vật chuyển động cùng chiều với quả cầu I Chọn chiều dương là chiều chuyển động của quả cầu I Va chạm mềm áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có: p1 - p2 = p ( p2 = 0 vì vật II đứng yên) '212111 )( vmmvm +=⇒ 1 21 1' 21 vmm mv +=⇒ m/s b) Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật I vr (+) Trang 27 Vì hai vật chuyển động trên cùng một đường thẳng nên ta viết định luật bảo toàn động lượng dưới dạng đại số: p1 + p2 = p’1 + p’22 ' 222 ' 112211 vmvmvmvm +=+⇒ ' 222 ' 1111 vmvmvm +−= ( vì v2 = 0) ' 2221111 2 1. vmvmvm +−= 2 11' 22 2 3 m vmv =⇒ m/s c) Các vectơ động lượng của hệ trước và sau va chạm: y 500 O x Động lượng của hệ trước va chạm: )0(. 211221121 ==+=+ vvmvmvmpp rrrrrr Động lượng của hệ sau va chạm: ' 232 ' 11 ' 23 ' 1 vmvmpp rrrr +=+ Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: 11vm r ' 232 ' 11 vmvm rr += (1) Chiếu (1) lên Ox: '2 0 111 50cos.10. vmmvm += 23x )43,6( 1 2 1' 23 −=⇒ vm mv x Oy: 0 = .10.1m sin50 0 - m2 v’23y 2 1' 23 66,7 m mv y =⇒ Vận tốc của vật II sau va chạm: ( ) )/(02,10086,12 66,743,6 1 2 1 2 1 22 1 2 12' 23 2' 23 ' 23 smvv m m v m mvvv yx +−= +−=+= 5. Kiểm tra : - Kiểm tra lại thứ nguyên của các biểu thức. - Các bước tính toán, các giá trị của vận tốc xem phù hợp hay chưa. 1p r ' 1p r ' 2p r Trang 28 Bài 3: Một tên lửa có khối lượng 550 kg đang bay thẳng đứng lên trên với vận tốc 100 m/s thì phụt ra phía sau so với đầu tên lửa một lượng khí có khối lượng 50 kg với vận tốc 800 m/s trong thời gian rất ngắn. a) Tính vận tốc của tên lửa ngay sau khi phụt khí. b) Sau khi bay tới quĩ đạo qui định với vận tốc v2= 7000 m/s thì tầng dưới của tên lửa tách ra hai phần: một phần là một vệ tinh nhân tạo có khối lượng 50 kg và phần còn lại có khối lượng M. Biết lúc tách ra khỏi tầng cuối cùng của tên lửa thì vận tốc tương đối của vệ tinh so với phần tên lửa còn lại là v0 = 8 m/s. Hãy tìm vận tốc của vệ tinh và của phần còn lại của tên lửa trên quĩ đạo của nó. 1. Các mục tiêu kiến thức HS cần đạt được: - Kiến thức: vận dụng được định luật bảo toàn động lượng. - Kỹ năng: phân tích và vận dụng kiến thức đã học trong việc giải BTVL 2. Tóm tắt: m = 550 kg ; v = 100 m/s m1= 50 kg ; v1 = 800 m/s v2= 7000 m/s ; m3 = 50 kg ; v0 = 8 m/s Tính: a) v’= ? ; b) v’’ =? v3 = ? 3. Phân tích bài toán: Vì thời gian phụt khí rất ngắn nên trọng lực và sức cản không khí coi như chưa ảnh hưởng đến vận tốc của tên lửa ngay sau khi phụt khí. Tên lửa và khí phụt ra lúc này có thể coi là hệ cô lập. Ta có thể sử dụng định luật bảo toàn động lượng. Đối với câu b có thể coi vệ tinh nhân tạo và phần còn lại là hai vật tác dụng tương hỗ. Trước lúc tách chúng chuyển động cùng vận tốc. Động lượng của chúng là động lượng phần cuối cùng của tên lửa. Khi tách ra hai phần chuyển động với hai vận tốc khác nhau. Động lượng của từng phần có thay đổi so với trước nhưng vì hai vật tác dụng tương hỗ nên động lượng của hệ là bảo toàn. Chú ý hiệu hai vận tốc v0 = 8 m/s 4. Giải: Chọn chiều dương là chiều thẳng đứng từ dưới lên. a) Gọi v’, m’= m – m1 là vận tốc và khối lượng của tên lửa ngay sau khi phụt khí Vì tên lửa và khí chuyển động trên cùng một đường thẳng. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: m.v = (m- m1) .v’ – m1.v1 50550 800.50100.550.' 1 11 − +=− +=⇒ mm vmvmv = 190 m/s (1) b) Gọi v’’ là vận tốc phần còn lại của tên lửa trên quĩ đạo. v3 là vận tốc của vệ tinh nhân tạo sau khi tách khỏi tên lửa. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: m’.v2= m3.v3 + ( m’ – m2).v’’ (2) Ta có v0 = v3 – v’’ = 8 m/s nên v3 = v’’ + v0 thay vào (2) ta được: m’v2 = m3.(v’’+ v0) + (m’ – m2).v’’ ''.450)8''(507000.500 vv ++= 2,6999 500 4007000.500'' =−=⇒ v m/s Vậy v3= 6999,2 + 8 = 7007,2 m/s 5. Kiểm tra và biện luận: - Kiểm tra lại thứ nguyên của vận tốc trong biểu thức (1) Trang 29 - Vậy ngay sau khi phụt khí, vận tốc của tên lửa là 190 m/s. Vì vận tốc này dương nên tên lửa tăng tốc. - Khi tầng cuối cùng của tên lửa đã tách vệ tinh ra và cho nó thêm một vận tốc 8 m/s thì phần còn lại của tên lửa giảm đi một lượng vận tốc 0,8 m/s Bài 4: Một hòm bằng gỗ hình vuông có khối lượng 30 kg được kéo dịch chuyển trên sàn nằm ngang từ A đến B. Các lực tác dụng lên khối gỗ được biểu diễn như hình vẽ 1: a) Hãy cho biết lực nào không sinh công? Công của lực nào là công cản? Công phát động? b) Một người dùng tay đẩy vật theo phương làm với đường nằm ngang một góc 030=α , vật đi được 5m, hệ số ma sát giữa vật và mặt sàn là k= 0,2. Hãy tính lực và công tối thiểu của lực mà người tác dụng lên vật? 1. Các mục tiêu HS cần đạt được: - Kiến thức: vận dụng được công thức về tính công của một vật. - Kỹ năng: phân tích, làm việc theo nhóm, làm việc tập thể. 2. Tóm tắt: m = 30 kg; 030=α s= 5m; k = 0,2 Tính: a) Lực nào không sinh công? Công của lực nào là công cản, công phát động? b) Ftt =?, Att = ? 3. Phân tích: Câu a yêu cầu xác định công cản, công phát động và lực không sinh công. Ta phải dựa vào hướng của lực và hướng của chuyển dời. b) Tính công và lực tối thiểu. Vì giữa hòm gỗ và mặt sàn có lực ma sát do đó muốn đẩy được hòm chuyển dời được thì lực phải có độ lớn tối thiểu bằng lực ma sát. Tính công dựa vào công thức A= F.s.cosα . Công tối thiểu ở đây là công đủ để làm cho vật chuyển động thẳng đều. 4. Giải: a) Theo công thức tính αcos..sFA = thì trọng lực Pr , phản lực Nr không sinh công vì các lực này vuông góc với phương chuyển dời của vật ( )0cos900 =⇒= αα . - Công của lực F r là công phát động vì 090<α , công của lực ma sát là công cản vì 090>α b) Các lực tác dụng lên vật N r P r msF r F r A B Hình 1 Trang 30 Phân tích lực kéo F r thành 2 thành phần 21, FF rr 1F r song song với phương chuyển dời nên 1F r có tác dụng làm chuyển dời vật và αcos1 FF = ⊥2F r mặt sàn sẽ gây ra lực ma sát αsin.2 FF = Định luật II Niutơn amFPNFms rrrrr =+++ (1) Chiếu (1) lên Oy ta có: N = mg + F. αsin Mà Fms= N.k= k.(mg + F.sinα ) Và Fk= F1=Ftt.cosα Lực tối thiểu người này dùng đẩy vật: Fms= Fk Ftt.cos300 = k(mg + F.sin300) αα sin.cos .. k gmkFtt −=⇒ (2)= N36,765,0.2,087,0 8,9.30.2,0 =− Công tối thiểu: Att=Ftt.s.cos300 = 76,36.5.0,87= 332,17 J 5. Kiểm tra và biện luận: Kiểm tra lại thứ nguyên của công thức (2). Lực đẩy tối thiểu của người là F = 76,36 N và công tối thiểu người cần thực hiện là 332,17 J Bài 5: Vật có khối lượng m = 1kg. Nếu buộc vật vào đầu một sợi dây, cầm đầu kia quay cho vật chuyển động tròn. Lực căng của dây có thực hiện công không? Vì sao? N r F r P r msF r 2F r N r P r F r 1F r Trang 31 a) Một người nâng vật từ mặt đất lên độ cao 2,5m trong 5s. Trong khi đó thang máy đưa một vật khác nặng 250 N từ mặt đất lên độ cao 10m mất 0,4s. Hãy so sánh công, công suất của người và máy đã thực hiện. b) Vật chuyển động đều trên đường nằm ngang có hệ số ma sát là µ = 0,4 lấy g = 9,8 m/s2. Công suất của vật khi chuyển động đều với vận tốc 36 km/h sẽ là bao nhiêu? c) Giả sử vật đang chuyển động đều với vận tốc 36km/h thì đột nhiên tăng tốc đạt đến vận tốc 72 km/h, quãng đường vật đi được là s = 100m. Hãy tính công suất trung bình của vật? 1. Các mục tiêu HS cần đạt được: - Kiến thức: vận dụng được kiến thức tính công, công suất - Kỹ năng: phân tích, làm việc tích cực, làm việc tập thể và có kế hoạch. 2. Tóm tắt: m = 1 kg ; z1 = 2,5 m ; t1 = 5s P2= 250 N ; z2 = 10 m; t = 0,4 s µ = 0,4; v = 36 km/h = 10 m/s v1 = 36km/h = 10 m/s v2 = 72 km/h = 20 m/s ; s = 100 m Tính: l ực căng dây có thực hiện công không? Vì sao? a) A1>< P 2 b) P = ? c) Ptb = ? 3. Phân tích bài toán: Đề bài yêu cầu xác định lực căng dây có thực hiện công không ta dựa vào công thức tính công A = F.s.cosα xác định từng đại lượng. Vì vật quay tròn α là góc giữa lực F r và quãng đường chuyển dời s nên α = 900 0cos =⇒ α . Vậy A= 0 nên lực căng dây không thực hiện công. Câu a ta dựa vào công thức A= F.s.cosα và công thức tính công suất P = t A để so sánh. Câu b vì đề bài không cho các dữ kiện A và t do đó ta dùng công thức P = F.v để tính. Câu c để tính công suất trung bình ta tính vận tốc trung bình và lực trung bình tác dụng lên vật. Vì vật chuyển động có gia tốc nên theo định luật II Niutơn lực trung bình Ftb= m.a + Fms 4. Giải: Khi buộc vật vào đầu một sợi dây, tay cầm đầu kia quay cho vật chuyển động tròn thì lực căng dây không thực hiện công vì trong trường hợp này phương của lực căng dây luôn vuông góc với phương của vectơ vận tốc nên 0cos =α , dựa vào công thức tính công A = F.s.cosα 0=⇒ A a) Công của người: JzPsFA 255,2.100.cos.. 11111 ==== α Công của máy : JzPsFA 250010.250.cos.. 22222 ==== β - So sánh A2>A1 Công suất của người: P 1= Wt A 5 5 25 1 1 == Trang 32 Công suất của máy : P 2= Wt A 6250 4,0 2500 2 2 == - So sánh P 1< P 2 b) Lực kéo F: F= Fms= µ .N= NP 92,38,9.1.4,0. ==µ Công suất: P=F.v = 3,92.10= 39,2 W c) Lực trung bình tác dụng lên vật: Ftb= m.a + Fms ( 1) Gia tốc a: Ta có: 2 222 1 2 22 1 2 2 /5,1100.2 1020 2 .2 sm s vvasavv =−=−=⇒=− (1) NFtb 42,592,35,1.1 =+=⇒ 2 12 vvvtb += = 15 m/s Ptb= Ftb.vtb = 5,42. 15 = 81,3 W 5. Kiểm tra và biện luận: - Kiểm tra lại thứ nguyên của các công thức. - Công và công suất do thang máy thực hiện lớn hơn công do người thực hiện - Khi vật chuyển động nhanh dần đều công suất sẽ lớn hơn khi vật chuyển động đều. Bài 6: Hai vật A và B có khối lượng M và m được nối với nhau bằng một sợi dây không dãn qua một ròng rọc như hình vẽ 2: a) Nếu M= m bỏ qua ma sát. Hai vật chuyển động cùng vật tốc. Lúc này hai vật A và B có cùng động năng hay không? Cùng động lượng hay không? b) Vật A có khối lượng M= 2kg và chuyển động với vận tốc 3m/s, vật B có khối lượng m= 1kg. Hãy tính động năng của vật A trong hệ qui chiếu gắn với Trái A B Hình 2 Trang 33 Đất và trong hệ qui chiếu gắn với một người đang ngồi trên xe chuyển động với vận tốc 36 km/h. c) Một viên đạn có khối lượng mđ = 0,01 kg được bắn với vận tốc 400 m/s vào vật A. Khi va chạm với A đạn xuyên qua A và tiếp tục chuyển động với vận tốc 100 m/s. Hãy tính lực cản của vật A lúc này. Biết vật A dày 5 cm. 1. Các mục tiêu HS cần đạt được: - Kiến thức: vận dụng được công thức tính động năng trong các hệ qui chiếu khác nhau, định lý biến thiên động năng. - Kỹ năng: phân tích, vận dụng các công thức đã học tích cực vào giải quyết các vấn đề đặt ra trong bài toán. 2. Tóm tắt: Vật A: khối lượng M Vật B: khối lượng m a) M= m b) M= 2kg; m= 1kg; v= 36 km/h = 10 m/s ; vA = 3 m/s c) mđ= 0,01 kg; vđ= 400m/s; vđ’= 100 m/s ; d = 5 cm = 0,05 m Tính: a) pA><WđB b) WđA = ?;W’đA=?; c) Fc= ? 3. Phân tích bài toán: Hai vật A, B nối với nhau qua ròng rọc, bỏ qua ma sát, 2 vật chuyển động cùng lúc. Động năng là đại lượng đại số nên trong trường hợp này hai vật có cùng động năng. Động lượng là đại lượng vectơ và phụ thuộc vào vr nên hai vật không cùng động lượng. Câu b là bài toán tính động năng của hệ trong những hệ qui chiếu khác nhau. Ta áp dụng công thức Wđ 2 2 1 mv= . Để tính động năng trong các hệ qui chiếu khác thì ta phải áp dụng công thức cộng vận tốc để xác định vận tốc trong các hệ qui chiếu đó. Đối với hệ qui chiếu gắn với người ngồi trên xe chuyển động có 2 trường hợp: người chuyển động cùng chiều với vật và chuyển động ngược chiều với vật. Câu c là bài toán va chạm mà trong va chạm có lực cản. Để tính công của lực cản ta áp dụng định lý động năng. Chú ý động năng tăng thì A> 0 và động năng giảm thì A<0 4. Giải: a) Động năng là một đại lượng vô hướng và được xác định bởi công thức: Wđ 2 2 1 mv= Mà hai vật có cùng vận tốc và cùng khối lượng nên hai vật có cùng động năng. Hai vật có động lượng khác nhau vì động lượng là đại lượng vectơ và vectơ động lượng phụ thuộc vào vectơ vận tốc. b) Đối với hệ qui chiếu gắn với mặt đất: WđA= Jmv 93.2. 2 1 2 1 22 == Đối với hệ qui chiếu gắn với người ngồi trên xe Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật A Trang 34 Trường hợp 1: vật chuyển động cùng chiều với người Động năng: W’đA = 2'. 2 1 vm (1) vvv A rrr +=' người Vì vvA rr ↑↑ người nên v’= vA + v người = 3 + 10 = 13 m/s (1) ⇒W’ đA= J16913.2 2 1 2 = Trường hợp 2: vật chuyển động ngược chiều với người vvv A rrr +='' người vì vvA rr ↑↓ người nên v’’= vA – vngười = 3 – 10 = 7 m/s Động năng: W’’đA= Jvm 497.2. 2 1. 2 1 22'' ==r c) Áp dụng định lý động năng )( 2 1.. 2 1 2 1 2'22'2 dddCFCdddd vvmdFAvmvm −=−⇒=− ( vì động năng giảm nên A<0) ( ) ( ) J d vvmF ddC 1500005,0.2 40010001,0 .2 222'2 =− −=− −=⇒ 5. Kiểm tra, biện luận - Kiểm tra lại thứ nguyên của các công thức. - Kiểm tra lại kết quả tính toán. - Trong hệ qui chiếu gắn với người ngồi trên xe khi người và vật chuyển động cùng chiều thì vận tốc của vật so với hệ qui chiếu này lớn hơn trong hệ qui chiếu gắn với mặt đất, nên động năng của vật sẽ tăng hơn so với hệ qui chiếu gắn với mặt đất còn khi người và vật chuyển động ngược chiều nhau thì động năng sẽ bé hơn so với hệ qui chiếu mặt đất. Rõ ràng động năng phụ thuộc vào hệ qui chiếu. Bài 7: 1) Tính thế năng trọng trường của một vật khối lượng 10 kg đặt tại độ cao 1m so với mặt đất khi: a) Chọn mặt đất làm mốc thế năng. b) Chọn đáy giếng sâu 5m làm mốc thế năng 2) Vật được đặt ở vị trí có thế năng Wt1 = 500J sau đó vật rơi xuống mặt đất tại đó thế năng của vật Wt2 = -100J. Hãy tính độ cao mà vật đã rơi. Lấy 2/10 smg ≈ 1. Các mục tiêu HS cần đạt được: vr ngườiA vr Av rvr người Trang 35 - Kiến thức: vận dụng được công thức tính thế năng tại những mốc thế năng khác nhau, công thức liên hệ giữa độ giảm thế năng và công của trọng lực. - Kỹ năng: phân tích, suy luận, vận dụng các kiến thức đã học vào giải bài toán. 2. Tóm tắt: m= 10 kg; z = 1m; z1= 5m Wt1 = 500J; Wt2 = -100J Tính:a) + Chọn mặt đất làm mốc thế năng: Wt =? + Chọn đáy giếng làm mốc thế năng: W’t = ? b) z = ? 3. Phân tích bài toán: Câu 1 tính thế năng với các mốc thế năng khác nhau. Tùy theo mốc thế năng mà độ cao z sẽ khác nhau. Đối với mốc thế năng là mặt đất vật ở độ cao 1m so với mặt đất nên z=1. Khi chọn đáy giếng làm mốc thế năng thì độ cao z được tính từ đáy giếng đến vị trí mặt đất cho nên z = 1 +5 = 6 m Câu 2 cho thế năng lúc đầu và thế năng lúc sau yêu cầu tính độ cao vật đã rơi. Áp dụng công thức tính thế năng ở hai vị trí đầu và sau. Độ cao mà vật rơi chính bằng hiệu độ cao giữa hai vị trí lúc đầu và lúc sau. 4. Giải: a) Chọn mặt đất làm mốc thế năng: Wt = m.g.z = 10.10.1= 100 J Chọn đáy giếng làm mốc thế năng: z’ = 1 + 5 = 6 J W’t = m.g.z’= 10.10.6 = 600 J b) Wt1= mgz1 Wt2= mgz2 Wt1 – Wt2 = mg(z1 – z2) = mg z∆ m mg WWz tt 6 10.10 10050021 =+=−=∆⇒ Vậy vật đã rơi từ độ cao 6m so với mặt đất 5. Kiểm tra: - Kiểm tra lại thứ nguyên của các công thức. - Kiểm tra lại số liệu tính toán Bài 8: Hai vật giống nhau có cùng khối lượng m1 = m2 được thả cùng một lúc tại một độ cao z0 so với mặt đất. Vật I rơi tự do, vật II trượt trên mặt phẳng nằm nghiêng như hình vẽ 3: I II z0= 2m 300 Hình 3 Trang 36 Lấy g 2/10 sm≈ a) Ở thời điểm nào 2 vật có cùng cơ năng? b) Bỏ qua ma sát hãy tính vận tốc của vật I khi vừa chạm đất? c) Vận tốc của vật II tại chân dốc là: A. 6J B. 6,32 J C. 4,47J D. 4J d) Nếu giữa vật II và mặt phẳng nghiêng có ma sát và độ lớn của lực ma sát là 3N. Tính vận tốc của vật II tại chân dốc. 1. Các mục tiêu kiến thức HS cần đạt được: - Kiến thức: vận dụng được công thức tính động năng đối với vật chuyển động trong trọng trường. - Kỹ năng: phân tích, làm việc khoa học, làm việc tích cực, theo nhóm và tập thể. 2. Tóm tắt: m1=m2; mz 20 = 030=α ; v0I= v0II= 0; k = 0,4 a) Ở thời điểm nào 2 vật có cùng cơ năng. b) vI? c) vII=? d) v’II=? 3. Phân tích bài toán: Vật I rơi tự do, vật II trượt không ma sát nên hệ vật là cô lập và cơ năng của hệ là đại lượng bảo toàn. Hai vật có cùng khối lượng nên ở mọi thời điểm hai vật luôn có cùng cơ năng. Để tính vận tốc của vật I khi vừa chạm đất và vận tốc của vật II tại chân mặt phẳng nghiêng ta áp dụng định luật bảo toàn cơ năng. Câu 3 khi giữa vật II và mặt phẳng nghiêng có ma sát có nghĩa là vật chịu tác dụng của lực không thế cơ năng của hệ không bảo toàn. Để tính vận tốc ngay trước khi chạm đất ta sử dụng công thức A= W2 – W1 4. Giải: a) Theo định luật bảo toàn cơ năng vì hai vật có cùng khối lượng và do bỏ qua mọi ma sát và sức cản của không khí nên ở mọi thời điểm 2 vật luôn có cùng cơ năng. b) Gọi:+W0 là cơ năng lúc đầu của vật I +WI là cơ năng lúc vật I chạm đất. 0 2 00 2 1 mgzmvW += = mgz0 (1) 22 2 1 2 1 III mvmgzmvW =+= Định luật bảo toàn cơ năng: WI=W0 00 2 2 2 1 gzvmgzmv II =⇒= (2) Trang 37 vI= 6,32 m/s c) Đáp án B d) Có ma sát hệ không cô lập A= W2- W1 -Fms.s= 0 2' 2 1 mgzmvII − -Fms. 0 2' 2 1 mgzmvs II −= ).(2 02' gzm sF v msII +−=⇒ smvII /42.101 4.322' =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +−= 5. Kiểm tra, biện luận - Kiểm tra lại thứ nguyên của công thức (2) - Kiểm tra các bước tính toán và đáp số. Bài 9: Một vật nặng 0,2 kg có thể chuyển động không ma sát trên mặt bàn nằm ngang được gắn với một lò xo có độ cứng là 80 N/m và có khối lượng không đáng kể. Người ta nén lò xo sao cho độ dài lò xo giảm đi 2 cm rồi bỏ tay. Tính vận tốc của vật khi đi qua vị trí cân bằng. 1. Các mục tiêu HS cần đạt được: - Kiến thức: vận dụng được công thức tính cơ năng, định luật bảo toàn cơ năng đối với vật chịu tác dụng của lực đàn hồi. - Kỹ năng: phân tích, làm việc theo nhóm, vận dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề đặt ra trong bài toán. 2. Tóm tắt: k = 80 N/m ; cm2=∆l = 0,02 m; v1 = 0 Tính: vCB = ? 3. Phân tích bài toán: Hệ vật và lò xo chuyển động không ma sát trên mặt bàn nằm ngang và trọng lực cân bằng với phản lực là hệ cô lập. Do đó có thể dùng định luật bảo toàn cơ năng để tính vận tốc của vật khi qua vị trí cân bằng. 4. Giải: - Vì trọng lực cân bằng với phản lực của mặt bàn và bỏ qua lực ma sát nên hệ vật – lò xo là cô lập. Cơ năng của hệ ở vị trí lò xo bị nén: W1 = ( )221 2 1 2 1 l∆+ kmv = ( )2 2 1 l∆k J Cơ năng của hệ ở vị trí cân bằng: WCB = ( )22 2 1. 2 1 l∆+ kvm CB = 2.2 1 CBvm J Vì hệ cô lập nên áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta được: W1= WCB ( )2 2 1 l∆k = 2. 2 1 CBvm ( ) sm m k m kvCB /4,02,0 8002,0. 2 ==∆=∆=⇒ ll 5. Kiểm tra: - Kiểm tra lại các bước tính toán và số liệu, kiểm tra kết quả tính toán Trang 38 Bài 10: Một hòn bi có khối lượng m = 3 kg chuyển động thẳng đều trên đường nằm ngang với vận tốc v = 5 m/s gia tốc trọng trường g 2/10 sm≈ . Hệ số ma sát giữa vật và mặt đường là k = 0,4 a) Hãy tính : - Động lượng, động năng - Công, công suất trên mỗi kilômet đường nằm ngang. b) Hòn bi chuyển động đến va chạm xuyên tâm với hòn bi khác có khối lượng m1 = 2 kg. Tìm vận tốc của các hòn bi sau va chạm nếu va chạm là hoàn toàn đàn hồi. c) Giả sử sau va chạm hòn bi 1 bay lên khỏi mặt đất với vận tốc ban đầu 3 m/s hướng chếch lên trên hợp với phương ngang một góc 600. Bỏ qua sức cản không khí hãy tính vận tốc của bi 1 lúc chạm đất và độ cao cực đại mà hòn bi 1 đạt được. 1. Các mục tiêu HS cần đạt được: - Kiến thức: vận dụng được các công thức đã học trong chương định luật bảo toàn giải bài toán. - Kỹ năng: phân tích, suy luận, làm việc khoa học. 2. Tóm tắt: m= 3 kg; v = 5 m/s; k= 0,4 ; s = 1 km = 1000 m m1 = 2 kg; v1 = 0; 060=α ; vO = 3m/s a) p=? ; Wđ=? ; A = ? ; P = ? b) v’= ? ; v’1=? c)vCĐ = ? hmax = ? 3. Phân tích bài toán: Đây là bài toán vật chuyển động thẳng đều. Ta áp dụng công thức tính động lượng, động năng của vật. Tính công A thao công thức A= F.s.cosα và công suất theo công thức:P = vF t A .= . Vật muốn chuyển động được thì lực kéo phải bằng lực ma sát. Tính được lực kéo F ta sẽ dễ dàng tính được A và P Với câu 2 là va chạm đàn hồi. Với va chạm đàn hồi thì động lượng, động năng của hệ là bảo toàn nên ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng, động năng để tính vận tốc của vật sau va chạm. Câu 3 bỏ qua sức cản không khí cơ năng bảo toàn ta sẽ áp dụng định luật bảo toàn cơ năng tìm vận tốc và độ cao cực đại của vật. 4. Giải: a) Động lượng của vật: p= m.v = 3. 5 = 15 kg.m/s Động năng : Wđ = Jvm 5,375.3. 2 1. 2 1 22 == Công của lực kéo : A = F.s.cosα ( )1cos0 =⇒= αα sFA .=⇒ (1) Trọng lực cân bằng với phản lực nên vật muốn chuyển động thì lực kéo phải bằng lực ma sát: F= Fms = k.N = k.m.g = 0,4.3.10 = 12 N (1) JA 310.12=⇒ Công suất : P = F.v = 12.5 = 60 W Trang 39 b) Chọn chiều dương là chiều chuyển động ban đầu của hòn bi thứ I Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: p = - p’ + p’1 m.v = - m.v’ + m1.v’1 (2) Định luật bảo toàn động năng: 2'11 22 11 2 . 2 1'. 2 1. 2 1 2 1 vmvmvmmv +=+ 2'11 22 .'. vmvmmv +=⇒ (3) Từ (2) v à (3) biến đổi ta tính được v’ = - 2,65 m/s ; smv /53,3'1 = c) y D Chọn gốc thế năng tại O. Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: WO = WD smvvmvmv zzmgzmvmgzmv ODDO DODDOO /3 2 1 2 1 )0,0( 2 1 2 1 22 22 ==⇒=⇒ ==+=+ Gọi H điểm mà tại đó vật đạt độ cao cực đại. Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: WO = WH HHOO mgzmvmgzmv +=+ 22 2 1 2 1 (4) zO = 0 Tại H: vy = 0, vx = vO cosα αcosOxH vvv ==⇒ (8) α22max2 cos.2 1 2 1 OO vmmgzmv +=⇒ )cos1( 2 2 2 max α−=⇒ g v h O ≈0,34 m 5. Kiểm tra: - Kiểm tra lại các bước tính toán, kết quả hmax O H α x Trang 40 - Khi bỏ qua ma sát và sức cản không khí thì cơ năng của hệ luôn bảo toàn. - Trong câu c vận tốc của vật khi chạm đất bằng với vận tốc lúc mới bắt đầu bay lên khỏi mặt đất. Bài 11: Một vật trượt trên mặt phẳng nghiêng có độ cao z0 = 2m như hình vẽ 4: a) Vật nặng 5 kg, hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng là 0,1. Lấy g = 9,8 m/s2. Hãy tính công của trọng lực, công của lực ma sát, công của áp lực giữa vật và mặt phẳng nghiêng. Khi vật ở độ cao 1m. b) Thả cho vật trượt không ma sát trên mặt phẳng nghiêng. Hãy tính thế năng của vật ở vị trí có vận tốc v = 2 m/s. Tính vận tốc của vật lúc chạm đất. 1. Các mục tiêu HS cần đạt được: - Kiến thức: biết vận dụng các công thức trong chương các định luật bảo toàn để giải bài toán. - Kỹ năng: suy luận, phân tích, tính tích cực tìm tòi trong học tập, tinh thần làm việc tập thể, làm việc theo nhóm. 2. Tóm tắt: 030=α ; m = 5 kg ; 1,0=µ z0 = 2m; z = 1m v = 2 m/s a) AP= ?; Ams=?; Aáp lực =? b) Wt =?; vcđ = ? 3. Phân tích bài toán: Câu 1 yêu cầu tính công của trọng lực, công của lực ma sát, công của áp lực giữa vật và mặt phẳng nghiêng. Ta cũng áp dụng công thức tính công của trọng lực A = P.z. Công của lực ma sát A= - Fms.s. Công của áp lực bằng không vì P2 vuông góc với mặt phẳng nghiêng Khi bỏ qua ma sát cơ năng của hệ bảo toàn. Ta sẽ áp dụng công thức Wđ= 2 2 1 mv để tính động năng và công thức Wt= mgz để tính cơ năng. Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng để tính vận tốc vật ở chân dốc. 4. Giải: a) msF r 1P r 2P r P r 300 P r msF r 030 Hình 4 N r Trang 41 Khi vật ở độ cao 1m: s = m2 5,0 1 = Công của trọng lực: AP= F.s.cosα =P1.s.cosα = 5.9,8.2.cos300 = 84,87 J Công của lực ma sát: Ams= k.N=k.P2.sin300 = 0,1.5.9,8.sin300 = 2,45J Công của áp lực giữa vật và mặt phẳng nghiêng: AP2=0 (P2 vuông góc với mặt phẳng nghiêng) b) Gọi: W0 là cơ năng ở vị trí ban đầu. W là cơ năng ở vị trí có vận tốc 2 m/s W0 = Wt0 + Wđ0 = Wt0 W = Wt + Wđ = Wt + 2. 2 1 vm W0 = W Wt0 = Wt + 2.2 1 vm 22.5 2 12.8,9.5 −=⇒ tW = 78 J • Vận tốc của vật khi chạm đất: Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: W0 = Wcđ 20 .2 1 cdmvmgz =⇒ ⇒vcđ = 2.8,9.22 0 =gz = 6,26 m/s 5. Kiểm tra, biện luận: - Kiểm tra các phép tính toán và kết quả. - Trong nhiều trường hợp một bài tập khi sử dụng định luật bảo toàn năng lượng sẽ đơn giản hơn là dùng phương pháp động lực học. III. Soạn thảo tiến trình dạy học với các bài tập Vật lý trong chương “ Các định luật bảo toàn” 1. Giáo án 1: giải bài tập về tính động lượng của một vật, hệ vật, độ biến thiên động lượng, định luật bảo toàn động lượng. Tiết: 40 a) Mục tiêu, yêu cầu: - Kiến thức: củng cố kiến thức về động lượng, định luật bảo toàn động lượng, mối liên hệ giữa độ biến thiên động lượng và lực tác dụng. - Kỹ năng: Rèn luyện kỹ năng phân tích, vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề đặt ra trong bài toán. Trang 42 Vận dụng công thức tính động lượng, định luật bảo toàn động lượng….giải các bài toán tương tự và nâng cao.. - Thái độ: Xây dựng lòng say mê học tập, tính tích cực tìm tòi các bài tập tương tự ở sách bài tập và các tài liệu tham khảo khác, làm việc theo nhóm, làm việc tập thể…. b) Kế hoạch dạy học: Giáo viên: -Giáo án. - Chia học sinh thành các nhóm nhỏ ( 10 nhóm) mỗi nhóm là 4 học sinh. Học sinh: - Xem lại các công thức đã học trong bài động lượng và định luật bảo toàn động lượng. c) Nội dung lên lớp: Hoạt động 1(3 phút): Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ * Kiểm tra bài cũ: 1/ Nêu định nghĩa và ý nghĩa động lượng? 2/ Phát biểu và viết biểu thức của định luật bảo toàn động lượng? * Trên cơ sở HS đã học về động lượng và định luật bảo toàn động lượng. Giáo viên hướng dẫn để học sinh lập luận giải 2 bài tập Hoạt động 2( 25 phút): giải bài tập về tính động lượng, độ biến thiên động lượng Bài toán 1: Quả bóng A có khối lượng m = 1 kg đang chuyển động với vận tốc vA = 15 m/s a) Hãy tính động lượng của quả bóng? b) Một quả bóng B có khối lượng 2 kg chuyển động với vận tốc vB = 10 m/s. Hãy xác định độ lớn động lượng của hệ 2 bóng A- B khi: • BA vv rr ↑↑ • BA vv rr ↑↓ • BA vv rr ⊥ c) Bóng A bay đến đập vào tường với góc tới o0=α . Hướng vận tốc của bóng trước và sau va chạm tuân theo qui luật phản xạ gương. Hãy tính lực trung bình tác dụng lên bóng nếu thời gian va chạm là 0,01s. Thời gian Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh 4 phút Yêu cầu HS tóm tắt bài toán Lên bảng tóm tắt bài toán: Tóm tắt: m = 1 kg ; vA = 15 m/s m1 = 2 kg ; vB = 10 m/s st 01,0;00 =∆=α Trang 43 - Hãy dựa vào công thức tính động lượng tính nhanh câu a. Gọi một HS nhận xét bài giải của bạn. BA vv rr ↑↑ ; BA vv rr ↑↓ ; BA vv rr ⊥ a) pA= ? b) p= ? c) F = ? Cá nhân tích cực giải câu a vào vở và xung phong lên bảng trình bày. Giải: a) Động lượng của vật A: pA= m. vA = 1.15 = 15 kg.m/s 12 phút Đối với câu b, hệ vật bây giờ gồm mấy vật? - Trong các trường hợp câu b các vật chuyển động như thế nào? - Động lượng là một đại lượng vectơ. Vectơ động lượng như thế nào với vectơ vận tốc? - Dựa vào các kiến thức đã học trong phần động lực học và trong bài động lượng hãy thảo luận nhóm nêu ra phương pháp giải cho câu b. Gọi 2 nhóm lần lượt nêu ý kiến của nhóm mình. - Gọi các nhóm khác nhận xét về - Hệ vật gồm 2 vật: bóng A và bóng B. Thảo luận nhóm, các nhóm lần lượt nêu ý kiến của mình. Có nhiều ý kiến khác nhau nhưng chủ yếu là ý kiến sau: TH: BA vv rr ↑↑ ; BA vv rr ↑↓ các vật chuyển động trên cùng một đường thẳng. TH: BA vv rr ⊥ các vật không chuyển động trên cùng một đường thẳng - Vectơ động lượng luôn cùng hướng với vectơ vận tốc. - Thảo luận nhóm Nhóm 1: Đối với hệ vật chuyển động trên cùng một đường thẳng: + Chọn vật làm mốc làm chiều dương + Viết biểu thức động lượng của hệ dưới dạng vectơ. + Chiếu lên chiều dương ta sẽ tính được động lượng của hệ. Nhóm 2: đối với hệ vật không chuyển động trên cùng một đường thẳng: + Chọn chiều dương + Vẽ các vectơ động lượng + Viết biểu thức động lượng của hệ dưới dạng vectơ. Chiếu lên chiều dương tính p - Các nhóm suy nghĩ và trả lời. Đưa ra Trang 44 câu trả lời của hai nhóm để xem có nhóm nào có ý kiến khác. Nếu không thì GV gợi ý: đối với hệ vật chuyển động trên cùng một đường thẳng ta có cần thiết phải viết biểu thức dưới dạng vectơ không hay còn một phương án nào khác nhanh hơn? Các nhóm đã đưa ra được cách giải cho câu b. Sau đó Gv yêu cầu các nhóm thảo luận nhóm nhanh chóng giải câu b. Gọi 3 nhóm cùng lúc lên bảng giải cho 3 trường hợp câu b được phương pháp khác cho trường hợp chuyển động trên cùng đường thẳng: + Chọn vật mốc làm chiều dương. + Viết biểu thức động lượng dưới dạng đại số, động lượng của vật chuyển động cùng chiều dương có giá trị dương ngược lại có giá trị âm. Thảo luận nhóm, 3 nhóm xung phong lên bảng giải: Nhóm I: TH: BA vv rr ↑↑ (+) Ap r Bp r pr Chọn chiều dương là chuyển động của vật A: Động lượng của hệ: p= pA + pB = 1.15 + 2.10 = 35 kg.m/s Nhóm II: TH: BA vv rr ↑↓ Ap r Bp r (+) Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật A. Hai vật chuyển động ngược chiều nên: Động lượng của hệ: p = pA - pB = 15 – 20 = -5 kg.m/s Nhóm III: TH: BA vv rr ⊥ Động lượng của hệ: Ap r Bp r pr Trang 45 Hỏi ý kiến các nhóm khác về kết quả mà hai nhóm đã làm. Trên cơ sở HS đã giải xong câu b. Gv sẽ mở rộng thêm cho bài toán: - Đề bài cho 3 trường hợp BA vv rr ↑↑ ; BA vv rr ↑↓ ; BA vv rr ⊥ . Vậy nếu đề bài có cho thêm bất ký trường hợp nào khác nữa như: Av r hợp với Bv r một góc 300, 600, 450… Ta có tính được động lượng của hệ không? Các em về nhà giải vào vở từng trường hợp cụ thể. BA ppp rrr += BA vv rr ⊥ BA pp rr ⊥⇒ 2222 2015 +=+=⇒ BA ppp = 25 kg.m/s Các nhóm lần lượt nêu ý kiến của mình. - Tương tự như các trường hợp câu b ta sẽ tính được bất kỳ trường hợp nào khác nữa. 9 phút GV làm một thí nghiệm: cầm một quả bóng ném mạnh vào tường với góc tới 00=α . Yêu cầu các học sinh qua sát và theo dõi. - Trong thời gian va chạm rất ngắn khi bóng đến va chạm vào tường thì có hiện tượng gì xảy ra? Đây là một trường hợp ví dụ cụ thể cho câu c của bài tập này. Vậy dựa vào ví dụ vừa rồi. Em nào có thể lên bảng vẽ các vectơ động lượng của bóng trước và sau va chạm? - Trong trường hợp câu c này ta có áp dụng được công thức liên hệ giữa lực và độ biến thiên động lượng không? Trên cơ sở đã phân tích câu c. GV yêu cầu học sinh thảo luận nhóm giải câu c - Khi bóng đến đập vào tường trong khoảng thời gian ngắn bóng bị bật trở lại với phương trùng với phương ban đầu Lên bảng vẽ hình: ' r p pr - Vì thời gian va chạm là nhỏ nên ta có thể áp dụng được công thức về mối liên hệ giữa lực và độ biến thiên động lượng. Và lực tác dụng lúc này chính là trị trung bình của lực tác dụng. Thảo luận nhóm. Đại diện nhóm lên bảng trình bày: Độ biến thiên động lượng của bóng A: vmvmppp r rrrr .'.' −=−=∆ ' rr pp ↑↓ , độ lớn độ biến thiên động lượng: mvppp 2' =+=∆ A= 2.1.15 = 30 kg.m/s Trang 46 Nhận xét bài làm của HS. Thông qua bài giải này chỉ với thời gian va chạm rất nhỏ và khối lượng của vật cũng không lớn lắm mà lực của tường tác dụng lên bóng rất lớn. Chính vì thế trở lại với ví dụ thực tế vừa rồi ta thấy quả bóng bị bật ra rất nhanh. Quá trình biến đổi động lượng của bóng khi va chạm với tường là rất phức tạp. Nếu đề cho góc tới của bóng bằng 300, 600, 450….ta đều tính được lực trung bình do tường tác dụng lên bóng. Cụ thể với góc tới là 300 thì độ biến thiên động lượng sẽ như thế nào? - Trong đá bóng thủ môn khi bắt bóng tại sao phải co tay lại và lùi người một chút theo hướng đi của bóng? Gv sẽ gợi ý cho HS: khi bắt bóng tay của chúng ta có cảm giác như thế nào? - Như vậy người thủ môn làm vậy nhằm mục đích gì? Yêu cầu HS thảo luận nhóm giải thích tại sao thủ môn làm như vậy lại giảm được lực tác dụng của bóng. Độ lớn của tường tác dụng lên bóng: 3000 01,0 30 ==∆ ∆= t pF N Thảo luận nhóm: Vì p’= p và hướng của vận tốc trước và sau va chạm tuân theo qui luật phản xạ gương nên ppp r rr ∆,', sẽ tạo thành một tam giác đều và p∆ = p = p’ Thảo luận nhóm Tay sẽ có cảm giác đau Để bớt đau tay tức là để giảm lực tác dụng của bóng. Thảo luận nhóm, đại diện nhóm trình bày: ta có: t pFptF ∆ ∆=⇒∆=∆ rrrr. Do đó muốn giảm F r phải giảm pr∆ hoặc tăng t∆ . Độ biến thiên động