Luận văn Xây dựng hệ thống bài tập chương “các định luật bảo toàn” lớp 10 phổ thông trung học nhằm phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của học sinh

Tài liệu Luận văn Xây dựng hệ thống bài tập chương “các định luật bảo toàn” lớp 10 phổ thông trung học nhằm phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của học sinh: BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH NGUYỄN XUÂN PHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” LỚP 10 PTTH NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TƯ DUY ĐỘC LẬP VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ TỰ HỌC CỦA HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. PHẠM THẾ DÂN Thành phố Hồ Chí Minh - 2007 MỞ ĐẦU 1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Chúng ta đang ở kỉ nguyên mà động lực chủ yếu cho việc phát triển kinh tế - xã hội là tri thức. Trong nền kinh tế tri thức của thế kỉ XXI này, nền giáo dục phải đào tạo ra con người có trí tuệ phát triển, giàu tính sáng tạo và nhân văn. Để thực hiện tốt nhiệm vụ này, nhà trường phổ thông phải trang bị cho học sinh (HS) hệ thống những kiến thức phổ thông, cơ bản, hiện đại và phù hợp với tình hình thực tế của đất nước. Những năm qua chất lượng nắm vững kiến thức nói chung, kiến thức vật lí nói riêng của HS phổ thông có những bước cải thiện đáng kể, nhưng vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu của công cuộ...

pdf117 trang | Chia sẻ: hunglv | Ngày: 29/05/2014 | Lượt xem: 2122 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Luận văn Xây dựng hệ thống bài tập chương “các định luật bảo toàn” lớp 10 phổ thông trung học nhằm phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của học sinh, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH NGUYỄN XUÂN PHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” LỚP 10 PTTH NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TƯ DUY ĐỘC LẬP VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ TỰ HỌC CỦA HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. PHẠM THẾ DÂN Thành phố Hồ Chí Minh - 2007 MỞ ĐẦU 1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Chúng ta đang ở kỉ nguyên mà động lực chủ yếu cho việc phát triển kinh tế - xã hội là tri thức. Trong nền kinh tế tri thức của thế kỉ XXI này, nền giáo dục phải đào tạo ra con người có trí tuệ phát triển, giàu tính sáng tạo và nhân văn. Để thực hiện tốt nhiệm vụ này, nhà trường phổ thông phải trang bị cho học sinh (HS) hệ thống những kiến thức phổ thông, cơ bản, hiện đại và phù hợp với tình hình thực tế của đất nước. Những năm qua chất lượng nắm vững kiến thức nói chung, kiến thức vật lí nói riêng của HS phổ thông có những bước cải thiện đáng kể, nhưng vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu của công cuộc đổi mới, hội nhập và phát triển của đất nước. Trước tình hình đó, nhiệm vụ cấp thiết đặt ra cho ngành giáo dục là phải đổi mới sâu sắc và toàn diện nhà trường, trong đó đặc biệt quan tâm đổi mới phương pháp dạy học theo hướng: “phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư duy sáng tạo của người học; bồi dưỡng cho người học năng lực tự học, khả năng thực hành, lòng say mê học tập và ý chí vươn lên” [26, tr.9]. Trong quá trình dạy học vật lí, có nhiều phương pháp và biện pháp để nâng cao chất lượng học tập, phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của HS. Trong số đó, giải bài tập vật lí (BTVL) có tác dụng rất tích cực đến việc giáo dục và phát triển nhân cách của HS. Đồng thời, đây cũng là thước đo đích thực trong việc nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo vật lí của HS. Khi nghiên cứu các vấn đề về BTVL, qua biên soạn giáo trình phương pháp giảng dạy vật lí ở trường phổ thông, phương pháp giải BTVL sơ cấp, phương pháp dạy BTVL. Các tác giả đã làm rõ tác dụng của BTVL trong dạy học, các cách phân loại BTVL, soạn thảo hệ thống BTVL nhằm củng cố và vận dụng kiến thức đã học của HS, đưa ra các phương pháp giải BTVL [8], [32], [35],… Thêm vào đó, hệ thống sách BTVL phổ thông đã giúp ích nhiều cho giáo viên (GV) trong việc hướng dẫn HS giải BTVL. Bên cạnh đó, quá trình dạy học tích cực hóa hoạt động học tập của HS đã quan tâm rất nhiều đến hoạt động và vai trò của HS trong quá trình dạy học, đặc biệt trong phần luyện tập đòi hỏi HS phải làm việc tự lực và tích cực. Bởi vậy, cần phải nghiên cứu BTVL dựa trên sự phân tích hoạt động tư duy của HS, từ đó đề ra được cách hướng dẫn HS tự lực giải BTVL bằng sự nỗ lực của chính bản thân mình một cách có kết quả. Mặt khác, hiện nay HS được tiếp xúc với nhiều kênh thông tin đa dạng và phong phú như các tài liệu giải toán Vật lí, để học tốt vật lí, download những bài giải sẵn trên mạng Internet,…nên các em dễ ỉ lại, thiếu độc lập suy nghĩ, thiếu chọn lọc thông tin để biến thành kiến thức của mình. Bên cạnh đó, số lượng bài tập trong sách giáo khoa (SGK), sách bài tập, tài liệu tham khảo là rất nhiều. Đây là điều gây khó khăn cho GV trong việc lựa chọn bài tập ra cho HS. Bởi vậy, rất cần có một sự lựa chọn, phân loại, sắp sếp lại các bài tập theo một hệ thống tối ưu nhằm phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của HS. Đồng thời, vẫn đảm bảo phù hợp với nội dung chương trình và thời gian dành cho HS trên lớp cũng như ở nhà. Hơn nữa, HS lớp 10 là lớp đầu cấp trung học phổ thông (THPT) – cấp đòi hỏi tính tích cực và tư duy độc lập cao hơn so với cấp trung học cơ sở, vì do yêu cầu về tính chất và nội dung phức tạp của kiến thức. Đúng như nhà tâm lí học Varuchetcki đã viết: “Khác biệt cơ bản là hoạt động của HS lớn đề ra những yêu cầu cao hơn đối với tính tích cực và tính độc lập của các em” [45, tr.78]. Dù vậy, cho đến nay việc xây dựng hệ thống BTVL nhằm phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của HS chưa được quan tâm đúng mức. Bởi lẽ đó, việc lựa chọn đề tài: “xây dựng hệ thống bài tập chương “các định luật bảo toàn” lớp 10 THPT nhằm phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của học sinh” là hết sức cần thiết. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Xây dựng hệ thống bài tập tối thiểu và đưa ra cách sử dụng nó trong quá trình dạy học chương các định luật bảo toàn (CĐLBT) lớp 10 PTTH nhằm góp phần phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của HS. 3. KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Khách thể nghiên cứu là HS lớp 10 THPT ban KHTN trong quá trình học tập chương CĐLBT. - Đối tượng nghiên là hệ thống bài tập chương CĐLBT lớp 10 THPT ban KHTN, hoạt động của HS trong quá trình giải BTVL và hoạt động của GV trong việc hướng dẫn HS giải BTVL chương CĐLBT. 4. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Trong quá trình dạy học chương CĐLBT lớp 10 THPT ban KHTN, nếu GV lựa chọn được hệ thống bài tập thích hợp và thường xuyên quan tâm hướng dẫn HS tự lực giải BTVL thì phát triển được năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của HS. 5. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn về tư duy độc lập, về tự học của HS trong quá trình giải BTVL, từ đó đề ra cách phân loại BTVL thích hợp và cách hướng dẫn HS giải BTVL có hiệu quả. - Xây dựng hệ thống bài tập chương CĐLBT giúp HS thông qua việc giải nó mà rèn luyện được kĩ năng và kĩ xảo giải BTVL, phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học. - Đưa ra cách sử dụng hệ thống bài tập chương CĐLBT trong hai loại tiết học phổ biến về vật lí: Nghiên cứu tài liệu mới và luyện tập giải bài tập. - Thực nghiệm sư phạm nghiên cứu hiệu quả của hệ thống bài tập đã xây dựng, cũng như việc sử dụng nó và việc hướng dẫn HS giải BTVL theo định hướng hành động trong quá trình dạy học chương CĐLBT. Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm để rút ra kết luận về khả năng sử dụng hệ thống bài tập đã đề xuất. 6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu cơ sở lí luận về BTVL, về tư duy độc lập, về tự học và hiệu quả tự học của HS trong việc giải BTVL. - Tìm hiểu thực tế việc tự học và giải BTVL của HS, việc sử dụng bài tập của GV. - Vận dụng lí luận và thực tiễn xây dựng hệ thống bài tập chương CĐLBT, nêu ra cách sử dụng và cách hướng dẫn giải từng loại BTVL. - Thực nghiệm sư phạm để nghiên cứu hiệu quả thực tế của hệ thống bài tập chương CĐLBT lớp 10 THPT ban KHTN. 7. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN MỞ ĐẦU Chương 1: Cơ sở lí luận về bài tập vật lí Chương 2: Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập chương “Các định luật bảo toàn” lớp 10 THPT ban KHTN nhằm phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả của HS Chương 3: Thực nghiệm sư phạm KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ BÀI TẬP VẬT LÍ 1.1. Khái niệm về bài tập vật lí Trong từ điển tiếng Việt, các thuật ngữ “bài tập” và “bài toán” được giải nghĩa khác nhau: Bài tập là bài ra cho HS làm để tập vận dụng những kiến thức đã học, còn bài toán là những vấn đề cần giải quyết bằng các phương pháp khoa học [42, tr.40- 41]. Cũng như thế, có một số ý kiến cho rằng cần phân biệt hai thuật ngữ “bài tập vật lí” và “bài toán vật lí”. Bởi lẽ, bài tập vật lí là tập vận dụng đơn giản kiến thức lí thuyết đã học vào những trường hợp cụ thể, bài toán vật lí được sử dụng để hình thành kiến thức mới chưa có cách giải quyết suy ra được từ các kiến thức cũ, hoặc trong khi giải quyết một vấn đề mới đưa ra chưa có câu trả lời. Bên cạnh đó, trong một số giáo trình lí luận dạy học vật lí, các tác giả lại chỉ dùng hoặc thuật ngữ “bài tập vật lí” hoặc thuật ngữ “bài toán vật lí” với cùng một cách hiểu: Giải bài tập vật lí hay giải bài toán vật lí là tập vận dụng các khái niệm, quy tắc, định luật, thuyết vật lí,… đã học vào các vấn đề trong đời sống và lao động sản xuất [32], [36],…. Lí luận dạy học hiện đại đã chỉ ra rằng trong quá trình lĩnh hội kiến thức không phải HS thụ động tiếp thu cách giải quyết vấn đề một cách máy móc mà chính họ cũng tập cách giải quyết vấn đề để chiếm lĩnh kiến thức mới. Lúc đó, HS không chỉ đơn thuần tập vận dụng kiến thức cũ mà còn tập tìm kiếm kiến thức mới. Nhiều GV đã sử dụng bài tập với mục đích chủ yếu để rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức cũ mà xem nhẹ kĩ năng tìm kiếm kiến thức mới, vì họ cho rằng bài tập chỉ đơn thuần hay nặng về vận dụng kiến thức đã biết. Trong giáo trình lí luận dạy học vật lí và SGK vật lí, chúng ta hiểu những bài tập là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lí, hình thành các khái niệm vật lí, phát triển năng lực tư duy vật lí của HS và rèn luyện kĩ năng vận dụng các kiến thức của HS vào thực tiễn. Từ những điều đã đề cập ở trên, cả hai ý nghĩa khác nhau là vận dụng kiến thức cũ và tìm kiếm kiến thức mới đều có mặt trong khái niệm về bài tập vật lí. Bởi lẽ đó, chúng ta không nên phân biệt bài tập vật lí và bài toán vật lí mà gọi chung là bài tập vật lí. 1.2. Tác dụng của bài tập vật lí Nét đặc trưng tiêu biểu của phương pháp dạy học hiện đại là tôn trọng vai trò chủ đạo của người học, kích thích tính độc lập sáng tạo, trau dồi khả năng tự học của mỗi người. Theo phương pháp này, HS là chủ thể của nhận thức, không thụ động tiếp thu kiến thức bằng cách nghe thầy giảng mà học tích cực bằng hành động của chính mình; GV không phải là người duy nhất để dạy, cung cấp kiến thức mà chỉ đóng vai trò tổ chức, định hướng quá trình học tập nhằm phát huy vai trò chủ động trong học tập của HS. Bởi vậy, cần phải giúp HS nắm được phương pháp chiếm lĩnh kiến thức, phương pháp hoạt động học tập và bồi dưỡng cho họ từ việc xây dựng kiến thức đến việc vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Giải BTVL là một trong những hình thức luyện tập chủ yếu và tiến hành nhiều nhất. Các BTVL có tác dụng rất lớn trong việc hình thành, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng và tìm tòi kiến thức cho HS. Bởi lẽ đó, “Trong quá trình dạy học vật lí các bài tập vật lí có tầm quan trọng đặc biệt. Chúng được sử dụng theo những mục đích khác nhau” [35, tr.7]. 1.2.1. Ôn tập, đào sâu và mở rộng kiến thức Bài tập vật li là một phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức sinh động và có hiệu quả. Khi giải BTVL, HS phải nhớ lại các kiến thức đã học, có khi phải sử dụng tổng hợp các kiến thức thuộc nhiều chương, nhiều phần của chương trình; HS phải vận dụng những kiến thức khái quát và trừu tượng đã học vào những trường hợp cụ thể rất đa dạng, nhờ đó mà họ nắm được những biểu hiện cụ thể của chúng trong thực tế, phát hiện ngày càng nhiều những hiện tượng thuộc ngoại diên của các khái niệm hoặc chịu sự chi phối của các định luật hay thuộc phạm vi ứng dụng của chúng. Quá trình nhận thức các khái niệm, định luật vật lí không kết thúc ở việc xây dựng nội hàm của các khái niệm, định luật vật lí mà còn tiếp tục ở giai đoạn vận dụng vào thực tế. 1.2.2. Hình thành kiến thức mới Nhiều khi các BTVL được sử dụng khéo léo có thể dẫn dắt HS đi đến những suy nghĩ về một hiện tượng mới hoặc xây dựng một khái niệm mới để giải thích hiện tượng mới do bài tập phát hiện ra. 1.2.3. Hình thành và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực tiễn Bài tập vật li là một trong những phương tiện rất quí báu giúp HS rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lí thuyết vào thực tiễn; rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát đã thu nhận được để giải quyết các vấn đề của thực tiễn. Có thể xây dựng rất nhiều bài tập có nội dung thực tiễn, trong đó yêu cầu HS phải vận dụng kiến thức lí thuyết để giải thích các hiện tượng hoặc dự đoán hiện tượng có thể xảy ra trong thực tiễn ở những điều kiện cho trước. 1.2.4. Một trong những hình thức làm việc tự lực cao Trong khi giải BTVL, HS phải tự mình phân tích các điều kiện của bài tập đặt ra, xây dựng những lập luận, kiểm tra và phê phán những kết luận rút ra được nên tư duy của họ được phát triển, năng lực làm việc tự lực của họ được nâng cao. 1.2.5. Phát triển tư duy vật lí Tư duy vật lí là khả năng quan sát hiện tượng vật lí, phân tích một hiện tượng phức tạp thành những hiện tượng thành phần, thiết lập các mối liên hệ giữa các mặt định tính và định lượng của các hiện tượng và các đại lượng vật lí, đoán trước các hệ quả từ lí thuyết và vận dụng được kiến thức. Hầu hết các hiện tượng nêu lên trong BTVL là phức tạp, trừ một số bài tập đơn giản chỉ đề cập đến một hiện tượng vật lí. Muốn giải được chúng cần phải phân tích hiện tượng phức tạp ấy thành các hiện tượng thành phần, nghĩa là cần phải phân tích một BTVL phức tạp thành các bài tập đơn giản. Trong quá trình đó HS phải vận dụng các thao tác tư duy để giải bài tập, nhờ đó mà tư duy được phát triển và năng lực làm việc tự lực được nâng cao. 1.2.6. Kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức Tùy theo cách đặt câu hỏi kiểm tra, ta có thể phân loại được các mức độ nắm vững kiến thức của HS, làm cho việc đánh giá chất lượng kiến thức của HS được chính xác. Bởi vậy, BTVL là phương tiện rất hữu hiệu để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của HS. 1.3. Phân loại bài tập vật lí 1.3.1. Phân loại bài tập vật li dựa vào phương thức giải Các tác giả đã chỉ ra rằng dựa vào phương thức giải, ta có thể chia BTVL thành bài tập định tính, bài tập tính toán, bài tập thí nghiệm và bài tập đồ thị [32, tr.340- 346]. 1.3.1.1. Bài tập định tính Bài tập định tính là những bài tập mà khi giải không đòi hỏi HS phải tính toán. Các bài tập này thường được giải bằng những suy luận logic dựa trên các định luật vật lí. Việc giải các bài tập định tính có tác dụng kích thích sự hứng thú với môn học và phát triển óc quan sát của HS; là phương tiện rất hữu hiệu để phát triển tư duy của HS; rèn luyện cho HS hiểu rõ được bản chất của các hiện tượng vật lí và những quy luật của chúng, biết áp dụng kiến thức vào thực tiễn và biết phân tích nội dung vật lí của các bài tập tính toán. Bởi vậy, bài tập định tính được sử dụng ưu tiên hàng đầu sau khi học xong lí thuyết, trong khi luyện tập và ôn tập. 1.3.1.2. Bài tập tính toán Bài tập tính toán là những bài tập mà khi giải đòi hỏi HS phải thực hiện một chuỗi các phép tính và kết quả thu được một đáp số định lượng. Bài tập toán có thể chia làm hai loại: Bài tập tính toán tập dượt và tính toán tổng hợp. 1) Bài tập tính toán tập dượt là những bài tập cơ bản, đơn giản, trong đó chỉ đề cập đến một hiện tượng, một định luật và sử dụng một vài phép tính đơn giản. Các bài tập này có tác dụng củng cố các kiến thức cơ bản vừa học, làm cho HS hiểu rõ ý nghĩa của các định luật và các công thức biểu diễn chúng. 2) Bài tập tính toán tổng hợp là những bài tập mà khi giải đòi hỏi HS phải vận dụng nhiều khái niệm, định luật, dùng nhiều công thức. Các bài tập này có tác dụng giúp HS đào sâu, mở rộng kiến thức; thấy rõ mối liên hệ khác nhau giữa các phần của chương trình vật lí; biết phân tích những hiện tượng vật lí phức tạp thành những phần đơn giản tuân theo một định luật xác định. 1.3.1.3. Bài tập thí nghiệm Bài tập thí nghiệm là những bài tập đòi hỏi HS phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lí thuyết hoặc để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập. Các bài tập thí nghiệm này là những bài tập đơn giản, với những dụng cụ đơn giản, HS có thể tự mình thực hiện ở nhà hoặc phòng thí nghiệm của trường. Bài tập thí nghiệm có tác dụng tốt về cả ba mặt giáo dưỡng, giáo dục và kĩ thuật tổng hợp, đặc biệt là giúp làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lí thuyết và thực tiễn. 1.3.1.4. Bài tập đồ thị Bài tập đồ thị là những bài tập trong đó các số liệu được dùng làm dữ kiện để giải được tìm trong các đồ thị cho trước hoặc ngược lại, đòi hỏi HS phải biểu diễn quá trình diễn biến của hiện tượng nêu trong bài tập đồ thị. Bài tập đồ thị có tác dụng giúp biểu đạt mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lí, có thể tìm được định luật vật lí mới nhờ vẽ chính xác đồ thị biểu diễn các số liệu thực nghiệm. 1.3.2. Phân loại bài tập vật lí dựa vào hoạt động tư duy của học sinh trong quá trình tìm kiếm lời giải Sự đa dạng và phong phú của BTVL được thể hiện ở chỗ: Trong bất kì bài tập nào cũng chứa đựng một vài yếu tố của một hay nhiều loại khác. Trong khi đó, có nhiều cách phân loại bài tập chỉ mang tính chất bên ngoài, chưa quan tâm đến HS là chủ thể giải bài tập và hoạt động tự lực của họ trong quá trình tìm kiếm lời giải BTVL. 1.3.2.1. Hoạt động của học sinh trong quá trình tìm kiếm lời giải bài tập vật lí Theo khái niệm ở mục 1.1, BTVL có hai chức năng chủ yếu là: Vận dụng kiến thức đã học và tìm kiếm kiến thức mới. 1) Hoạt động tư duy của HS trong quá trình giải bài tập nhằm vận dụng kiến thức đã học trải qua các giai đoạn chủ yếu sau đây: - Đọc kĩ đầu bài, xác định rõ đâu là cái đã cho và cái phải tìm, tóm tắt đầu bài bằng những kí hiệu quen thuộc. - Nhận biết hiện tượng có mặt trong bài tập thuộc kiến thức nào đã học. - Xác định các mối quan hệ giữa cái đã cho và cái phải tìm biểu hiện ở các định nghĩa, quy tắc, định luật, thuyết vật lí,… đã biết. - Đề xuất cách thức đi từ các mối quan hệ đó đến kết quả cần tìm. - Thực hiện các hành động như lập luận logic, biến đổi toán học, đọc đồ thị,… để thiết lập mối quan hệ tường minh giữa cái phải tìm và cái đã cho. - Trình bày lời giải theo một trật tự tối ưu. 2) Hoạt động của HS khi giải bài tập nhằm hình thành kiến thức mới: Bài tập hình thành kiến thức mới là những bài tập mà sau khi giải nó, HS thu được tính chất, quy tắc, định luật mới mà họ chưa biết và chúng có mối quan hệ với các tính chất, quy tắc, định luật đã biết. Điều chưa biết có thể không tìm được bằng lập luận logic, bằng tính toán mà phải tìm ở chính thiên nhiên. Tuy nhiên, những điều quan sát trong thiên nhiên lắm lúc không trả lời trực tiếp câu hỏi nghiên cứu mà phải thực hiện chuỗi lập luận trung gian từ những điều quan sát dược. Khi nghiên cứu các tính chất, quy tắc, định luật vật lí cần phải áp dụng các phương pháp nhận thức khoa học, phương pháp nghiên cứu vật lí như thực nghiệm, tương tự, mô hình,…[30, tr.62-80; 39, tr.33-34]. Cho dù áp dụng phương pháp nào đi nữa thì trong quá trình nghiên cứu của HS đều chứa đựng hai hoạt động sau: - Từ những tính chất, quan hệ bên trong đã biết của sự vật, hiện tượng suy ra những biểu hiện bên ngoài có thể quan sát, đo lường được trong thiên nhiên bằng suy luận logic hay biến đổi toán học (suy luận chủ yếu thuộc loại diễn dịch). Ngược lại, từ những điều quan sát được suy ra những tính chất, mối quan hệ bên trong của sự vật, hiện tượng (suy luận chủ yếu thuộc loại quy nạp). - Quan sát, đo lường để thu thập tư liệu, tìm tòi giải đáp ở thiên nhiên. Từ những điều quan sát, HS phải xác định được mối quan hệ nhân quả giữa hiện tượng và bản chất của nó, tức là phải dùng phép quy nạp khoa học. Mục đích của bài tập hình thành kiến thức mới là HS lĩnh hội được kinh nghiệm mà loài người đã biết và những vấn đề mà các nhà khoa học đã giải quyết. Bản chất của việc hình thành kiến thức mới bằng bài tập là phải tạo ra tình huống bắt buộc HS độc lập tìm cách giải quyết. Những tình huống này được tạo ra nhờ xây dựng một hệ thống bài tập làm cho HS thấy được sự vướng mắc nào đó về lí thuyết hay thực tiễn, hiểu rõ vấn đề do GV đưa ra hay diễn đạt được vấn đề đó, mong muốn giải quyết vấn đề và có khả năng giải quyết được vấn đề ấy. 1.3.2.2. Phân loại bài tập vật lí dựa vào hoạt động tư duy của học học sinh trong quá trình tìm kiếm lời giải Hoạt động tư duy của HS trong quá trình tìm kiếm lời giải BTVL vận dụng kiến thức đã biết và tìm kiếm kiến thức mới gồm ba giai đoạn: Định hướng hoạt động giải, thực hiện các hành động, kiểm tra và đánh giá quá trình thực hiện các hành động theo định hướng ban đầu. Nội dung chính của giai đoạn định hướng là xác định rõ mục đích giải bài tập, tiên lượng các mối quan hệ giữa cái đã cho và cái phải tìm, vạch ra cách thức và trình tự các bước giải quyết để đi đến kết quả tránh sự mò mẫm. Giai đoạn này giữ vai trò quyết định đến sự thành công của việc giải BTVL. Giai đoạn thực hiện các hành động theo định hướng ban đầu là thiết lập mối quan hệ tường minh giữa cái đã cho và cái phải tìm. Có những bài tập chỉ một lần lập luận logic khi áp dụng một công thức, một quy tắc, một định luật,… đã có lời giải. Có những bài tập phải thực hiện một chuỗi suy luận logic hay biến đổi toán học mới giải quyết được nó, thường phải thông qua các mối quan hệ trung gian là cầu nối giữa cái đã cho và cái phải tìm. Các mối quan hệ này tuân theo các định nghĩa, quy tắc, định luật,… đã biết. Tập hợp các mối quan hệ này, HS sẽ rút ra được mối quan hệ trực tiếp, tường minh giữa cái phải tìm và cái đã cho, tức là tìm ra lời giải bài tập. Căn cứ vào hoạt động tư duy của HS trong quá trình tìm kiếm lời giải BTVL, ta có thể phân làm hai loại bài tập: Bài tập cơ bản và bài tập phức hợp. 1.3.2.3. Bài tập cơ bản và bài tập phức hợp 1) Bài tập cơ bản (BTCB) là bài tập mà khi giải nó, việc thiết lập mối quan hệ trực tiếp, tường minh giữa cái đã cho và cái phải tìm chỉ dựa vào một kiến thức cơ bản mới học mà HS chỉ tái hiện chứ không tự tạo ra. Kiến thức vật lí cơ bản mới học là kiến thức chứa đựng mối quan hệ mới về mặt định tính hay định lượng giữa các đại lượng vật lí. Do BTCB gắn với một kiến thức cơ bản về vật lí mà HS mới học, nên khi nói đến BTCB về một kiến thức nào đó là nói đến yếu tố mới cần vận dụng trong việc giải một bài tập mà trước khi học kiến thức ấy, HS không thể nghĩ ra. Ta có thể phân BTCB thành hai loại: Vận dụng kiến thức đã biết và tìm kiếm thông tin ở tự nhiên. - Bài tập cơ bản vận dụng kiến thức đã biết bao gồm bài tập dự đoán và bài tập giải thích hiện tượng. - Bài tập cơ bản tìm kiếm thông tin tự nhiên bao gồm bài tập quan sát; phân tích một hiện tượng phức tạp thành những hiện tượng đơn giản; tác động vào tự nhiên để chi phối hiện tượng và khống chế nó; đo lường các đại lượng vật lí; tìm những mối quan hệ giữa những cái đo được, quan sát được để xác lập những tính chất, những mối quan hệ bên trong sự vật, hiện tượng biểu thị bằng các đại lượng, quy tắc, định luật vật lí; xác lập mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng và đại lượng vật lí. 2) Bài tập phức hợp (BTPH) là bài tập mà khi giải nó phải thực hiện một chuỗi lập luận logic, biến đồi toán học qua nhiều mối quan hệ trung gian để đi đến mối quan hệ giữa những cái đã cho và cái phải tìm. Việc xác lập mỗi một mối quan hệ trung gian là một BTCB. Bởi vậy, muốn giải một BTPH thì phải giải thành thạo các BTCB và biết cách phân tích BTPH để quy nó về các BTCB quen thuộc đã biết. Bất kì loại BTVL nào dù là BTCB hay BTPH khi giải chúng đều phải phân tích hiện tượng nêu lên trong bài tập, tức là phải căn cứ vào điều kiện cụ thể của đầu bài mà vận dụng kiến thức đã biết để xem xét hiện tượng ấy thuộc loại hiện tượng nào và tuân theo quy luật nào đã biết. Cách phân loại BTVL thành BTCB và BTPH là cách phân loại dựa vào hoạt động tư duy của HS trong quá trình tìm kiếm lời giải. Cách phân loại này có tác dụng: Định hướng GV trong việc lựa chọn và hướng dẫn HS tự lực giải các BTVL theo từng phần, từng chương cụ thể của chương trình; giúp HS ngay từ ban đầu định hướng cách suy nghĩ trong quá trình tìm kiếm lời giải của mỗi BTVL. 1.4. Phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của học sinh trong hoạt động giải bài tập vật lí 1.4.1. Năng lực tư duy độc lập 1.4.1.1. Khái niệm năng lực Trong từ điển tiếng Việt: “Năng lực là phẩm chất tâm lí và sinh lí tạo cho con người khả năng hoàn thành một loại hoạt động nào đó với chất lượng cao” [42, tr.656]. Năng lực là những thuộc tính tâm sinh lí con người, liên quan đến hiệu quả công việc. Bởi vậy, trong khoa học tâm lí, người ta coi năng lực là những thuộc tính tâm lí của cá nhân, nhờ những thuộc tính này mà con người hoàn thành tốt đẹp một loại hoạt động nào đó, mặc dù phải bỏ ra ít sức lao động nhưng vẫn đạt kết quả cao. Không chỉ đề cập đến hiệu quả công việc, năng lực còn có mối quan hệ với kĩ năng, kĩ xảo: “Năng lực gắn liền với kĩ năng, kĩ xảo trong lĩnh vực họat động tương ứng” [32, tr.128]. Xét theo sự chuyên môn hóa, năng lực gồm hai loại: Năng lực chung và năng lực riêng. Năng lực chung là những năng lực cần thiết cho nhiều hoạt động khác nhau, năng lực riêng là những năng lực có tính chuyên môn nhằm đáp ứng yêu cầu của một lĩnh vực chuyên biệt nào đó. Như vậy, năng lực là khả năng hoàn thành có kết quả cao một công việc nào đó. Về thực chất đó là sự kết hợp về yêu cầu công việc và những phẩm chất tâm lí cá nhân. 1.4.1.2. Tư duy và tư duy độc lập Trong từ điển tiếng Việt: “Tư duy là giai đoạn phát triển cao của quá trình nhận thức, đi sâu vào bản chất và phát hiện ra tính quy luật của sự vật bằng những hình thức như biểu tượng, khái niệm, phán đoán và suy lí” [42, tr.1051]. Tâm lí học sư phạm cho rằng: “Tư duy là sự phản ánh trong óc ta những sự vật hiện tượng trong những mối liên hệ và mối quan hệ có tính quy luật của chúng” [45, tr.168]. Thêm vào đó: “Tư duy là sự nhận thức khái quát và gián tiếp của con người những sự vật và hiện tượng thực tế khách quan trong những tính chất, những mối liên hệ bản chất của chúng” [31, tr.36]. Như vậy, tư duy là quá trình tâm lí, nhờ đó con người phản ánh được các đối tượng và hiện tượng qua những dấu hiệu căn bản của chúng, con người vạch ra được những mối quan hệ khác nhau trong mỗi đối tượng và hiện tượng với nhau. Trong quá trình tư duy con người dùng các khái niệm. Nếu cảm giác, tri giác, biểu tượng là những sự phản ánh các sự vật và hiện tượng cụ thể, riêng lẽ thì khái niệm là sự phản ánh những đặc điểm chung bản chất của một loại sự vật và hiện tượng giống nhau. Tư duy như một quá trình, như một hoạt động. Quá trình này bao gồm các giai đoạn kế tiếp nhau: Xác định vấn đề, biểu đạt nó thành nhiệm vụ tư duy; huy động các tri thức, vốn kinh nghiệm làm xuất hiện liên tưởng; sàng lọc giả thuyết, hình thành cách giải quyết; giải quyết vấn đề đi đến kết quả và kiểm tra. Tư duy bao giờ cũng là sự giải quyết vấn đề thông qua những tri thức đã nắm được từ trước. Có nhiều cách phân loại tư duy, dựa vào tính chất và kết quả của quá trình tư duy ta có ba loại: Tư duy tích cực, tư duy độc lập và tư duy sáng tạo. Tư duy tích cực là tư duy dựa vào tính tích cực nhận thức của HS trong quá trình học tập, theo đó: “Tính tích cực của học sinh là trạng thái hoạt động của học sinh đặc trưng bởi khát vọng học tập - huy động trí tuệ và nghị lực trong quá trình nắm vững kiến thức” [13, tr.75]. Tư duy độc lập được hiểu là tự mình suy nghĩ, “Là loại tư duy dựa vào tính độc lập nhận thức của học sinh trong quá trình học tập” [25, tr.8]. Tư duy độc lập gắn liền với tính độc lập, không chịu tác động từ bên ngoài: “Tính độc lập là năng lực của cá nhân học sinh tham gia hoạt động mà không có sự can thiệp từ bên ngoài” [34, tr.67]. Tư duy sáng tạo là tư duy dựa vào tính sáng tạo nhận thức của HS trong quá trình học tập để tạo ra được cái mới. Tính sáng tạo là khả năng tự khám phá, tự tìm ra những giá trị mới trên cơ sở kĩ năng và kiến thức đã tiếp thu. Có thể biểu diễn mối quan hệ giữa tư duy tích cực, tư duy độc lập và tư duy sáng tạo bởi các đường tròn đồng tâm. Đồng thời, xét theo vai trò của các loại tư duy đối với sự phát triển và dung lượng thông tin mà nó mang lại thì có thể sắp xếp ba loại tư duy này theo hình 1.1. Tư duy độc lập Tư duy sáng tạo Tư duy tích cực Hình 1.1 Như vậy, tư duy sáng tạo là tư duy độc lập và cũng là tư duy tích cực, nhưng tư duy tích cực chưa hẳn là tư duy độc lập, không phải mọi tư đuy độc lập là tư duy sáng tạo. Có thể nói tư duy độc lập là nền tảng của tư duy sáng tạo. 1.4.1.3. Năng lực tư duy độc lập Qua phân tích các khái niệm ở trên, ta nhận thấy rằng: Năng lực tư duy độc lập của HS là khả năng tự suy nghĩ, tự tìm tòi, tự nghiên cứu để tìm ra phương thức chiếm lĩnh tri thức hay hoàn thành hoạt động nào đó mà mình hướng tới. Phát triển năng lực tư duy độc lập của HS là cơ sở của toàn bộ hoạt động học tập của họ. Bởi vậy, trong quá trình dạy học, cần phải tìm mọi cách để phát triển năng lực tư duy độc lập của HS, tập cho họ biết hiểu được bài toán, đề tài, nhiệm vụ, biết phân tích nó một cách đúng đắn, vạch ra phương thức tốt và kế hoạch giải quyết, thực hiện phương thức đó và kiểm tra lời giải. Như vậy, phát triển năng lực tư duy độc lập của HS là phát triển khả năng tự nhận thức, tự tìm tòi, tự suy nghĩ, tự phát hiện vấn đề, tự xác định phương hướng và phương tiện để tìm ra cách giải quyết, rồi tự mình kiểm tra hoàn thiện kết quả. 1.4.2. Tự học và hiệu quả tự học 1.4.2.1. Khái niệm về tự học Theo GS. Vũ Văn Tảo: “Tự học là một quá trình nghiền ngẫm điều mình tự học, lật đi lật lại vấn đề, hình thành những thắc mắc, câu hỏi, đi đôi với sự cố gắng tự trả lời để giải quyết từng khâu, từng khâu,…Trong quá trình này, ở những chỗ thích đáng, cần tìm thầy, tìm bạn, tìm tài liệu, sử dụng máy tính,… để hỏi, để tra cứu, thậm chí đối thoại. Cốt lõi của việc tự học là tư duy, rèn luyện phương pháp tư duy, tư duy độc lập, tư duy phân tích, phê phán, tổng hợp, tư duy sáng tạo” [28, tr.69]. Cũng như vậy, GS.TS. Nguyễn Cảnh Toàn cho rằng: “Tự học là tự mình động não, suy nghĩ, sử dụng các năng lực trí tuệ (quan sát, so sánh, phân tích, tổng hợp,…) và có khi cả cơ bắp (khi phải sử dụng công cụ), cùng các phẩm chất của mình, rồi cả động cơ, tình cảm, cả nhân sinh quan, thế giới quan (như trung thực, khách quan, có chí tiến thủ, không ngại khó, ngại khổ, kiên trì, nhẫn nại, lòng say mê khoa học, ý muốn thi đỗ, biết biến khó khăn thành thuận lợi,…) để chiếm lĩnh một lĩnh vực hiểu biết nào đó của nhân loại, biến lĩnh vực đó thành sở hữu của mình” [34, tr.60]. Hễ có học là có tự học, vì không ai có thể học hộ cho người khác được, chỉ khác nhau ở chỗ tự học đến mức độ nào. Khi nói đến tự học tức là nói đến nội lực của người học, bản thân người học phải phát huy nội lực để chiếm lĩnh tri thức, hình thành kĩ năng, kĩ xảo. Tác động của thầy là ngoại lực đối với sự phát triển của người học, ngoại lực dù quan trọng đến đến đâu, lợi hại đến mấy cũng chỉ là nhân tố giúp đỡ, thúc đẩy, tạo điều kiện cho trò tự học; nội lực mới là nhân tố quyết định sự phát triển của bản thân người học. Chất lượng dạy học đạt kết quả cao khi tác động của ngoại lực cộng hưởng với nội lực. Quá trình tự học là quá trình kết hợp nỗ lực chủ quan của người học, chủ yếu là nỗ lực tư duy với sự tranh thủ tận dụng, khai thác của người học đối với nguồn lực bên ngoài. Hay quá trình tự học là “Một hành trình nội tại, được cắm mốc bởi kiến thức, phương pháp tư duy và sự thực hiện phê bình, để tự tìm hiểu bản thân mình” [34, tr.13]. 1.4.2.2. Các cấp độ của tự học Hoạt động tự học được coi là hoạt động tự tổ chức để chiếm lĩnh tri thức, kĩ năng, kĩ xảo của người học diễn ra theo các cấp độ khác nhau: 1) Tự học có sự điều khiển trực tiếp của người dạy và sự hỗ trợ của những phương tiện kĩ thuật trên lớp - gọi là “học giáp mặt”. Người học phải phát huy những năng lực và phẩm chất như khả năng chú ý, óc phân tích, năng lực khái quát hóa, tổng hợp hóa,… để tiếp thu những tri thức hoặc tự hình thành các kĩ năng, kĩ xảo mà người dạy định hướng cho. 2) Tự học không có sự điều khiển trực tiếp của người dạy - gọi là học “không giáp mặt”. Người học phải tự sắp xếp qũy thời gian và điều kiện vật chất để tự học tập, tự củng cố, tự đào sâu những tri thức hoặc tự hình thành những kĩ năng, kĩ xảo ở một lĩnh vực nào đó. 3) Người học tự tìm kiếm kiến thức để thỏa mãn những nhu cầu hiểu biết của mình bằng cách tự tìm tài liệu, tự rút kinh nghiệm về tư duy, phân tích, đánh giá,…coi đó là tự học ở mức độ cao. Hoạt động tự học có thể diễn ra bất cứ ở đâu và bất cứ lúc nào, vì bất cứ lúc nào và ở đâu đều có những tình huống cần được lí giải. Về mặt khách quan ta nhận thấy rằng mức độ khó đối với người học tăng lên từ cấp độ một đến ba. Do mục đích và phạm vi của đề tài, chúng tôi chỉ nghiên cứu nâng cao hiệu quả tự học của HS THPT ở cấp độ “học giáp mặt”, tức là hoạt động tự học của người học dưới sự điều khiển trực tiếp hay gián tiếp của người dạy và hỗ trợ của các phương tiện kĩ thuật. 1.4.2.3. Hiệu quả tự học Trong từ điển tiếng Việt: “Hiệu quả là kết quả như yêu cầu của việc làm mang lại” [42, tr.441]. Theo đó, hiệu quả tự học là kết quả như yêu cầu đặt ra của việc tự học mang lại đối với người học. Chất lượng học tập là thước đo hiệu quả tự học và hiệu quả tự học xác định mức độ giá trị của năng lực tự học. Nâng cao hiệu quả tự học của HS THPT có nghĩa là nâng cao kết quả tự sắp xếp thời gian và điều kiện vật chất để tự học tập, tự củng cố, tự đào sâu tri thức, tự hình thành những kĩ năng, kĩ xảo nhằm mang lại chất lượng cao trong học tập. 1.4.2.4. Tự học của học sinh ở trường trung học phổ thông hiện nay Hiện nay, ở trường THPT chỉ có một bộ phận HS khá và giỏi có ý thức tự học, độc lập suy nghĩ để tìm lời giải các bài tập, tự mình giải quyết nhiệm vụ học tập. Khá đông HS ý thức tự học yếu, thường thụ động trong việc lĩnh hội kiến thức, sao chép máy móc lời giải trong các sách bài tập, sách tham khảo,…đúng như GS.TS. Nguyễn Cảnh Toàn đã nhận xét: “Người học chỉ là một thực thể thụ động, nghe, ghi nhớ và lặp lại lời thầy” [34, tr.5]. Các nguyên nhân dẫn đến tình trạng nêu trên rất nhiều và nằm trong tam giác làm nên chất lượng học tập thể hiện như hình 1.2. Học sinh Người thầy Xã hội Hình 1.2 Ở đây, chúng tôi xin đưa ra một số nguyên nhân cơ bản về sự tự học yếu kém của khá đông HS ở các trường THPT như sau: 1) Trình độ, năng lực học tập, khả năng nắm vững kiến thức cơ bản của HS còn yếu. Sự yếu kém của HS là nghịch lí “học một biết mười” biến thành “học mười biết một”. Bên cạnh đó, HS thiếu hứng thú và say mê học tập, thiếu động cơ và thái độ học tập đúng đắn, coi việc học tập là bắt buộc. 2) Trình độ của GV chưa đáp ứng được yêu cầu của đổi mới phương pháp dạy học, chưa theo kịp đổi mới chương trình, “Xuyên suốt quá trình dạy học vẫn là thầy truyền đạt hết nội dung sách giáo khoa, trò ghi nhớ để làm bài kiểm tra, để thi chuyển cấp, thi đại học. Kiểu dạy nhồi nhét, dạy chay như vậy không tích cực hóa sự học tập của học sinh được” [24, tr.2]. Bên cạnh đó, cuộc sống của GV còn nhiều khó khăn, chưa đủ điều kiện để tự đào sâu, tìm tòi, cải tiến phương pháp giảng dạy. 3) Chế độ kiểm tra, thi cử, đánh giá kết quả học tập chưa kích thích được ý thức tự học của HS. Nạn chạy đua theo thành tích đã làm cho HS ngồi nhầm lớp, đậu oan,…khá phổ biến. Những điều này tác động rất lớn đến việc tự học của HS. Thời gian qua, việc tự học được quan tâm rất nhiều, Hội nghị ban chấp hành Trung ương Đảng cộng sản Việt Nam lần thứ 2, khóa VIII đã xác địmh rõ: “Phát triển mạnh phong trào tự học - tự đào tạo thường xuyên và rộng khắp trong toàn dân”. Ngành giáo dục đã có nhiều cách thức và bước đi thích hợp nhằm nâng cao chất lượng dạy học, tiến hành phân ban, biên soạn lại chương trình SGK, đổi mới phương pháp dạy học, thay đổi các hình thức thi cử,..Toàn ngành giáo dục quyết tâm thực hiện tốt cuộc vận động: “Nói không với tiêu cực trong thi cử và bệnh thành tích trong giáo dục”. Thư của Chủ tịch Nước Nguyễn Minh Triết nhân dịp khai giảng năm học mới 2006-2007 đã chỉ rõ: “Hãy dạy thực chất, học thực chất, thi thực chất”. Những việc làm này đã thay đổi chất lượng giáo dục, đẩy mạnh phong trào tự học đối với người học. Chúng ta tin tưởng rằng với truyền thống hiếu học, với ý thức tự cường của dân tộc, sự tự học sẽ ngày càng được nâng cao, thể hiện ở nội lực của mỗi cá nhân và mỗi quốc gia. Hiệu quả tự học của HS THPT phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ở đề tài này chúng tôi chỉ muốn góp một phần nhỏ để nâng cao hiệu quả tự học của HS, khắc phục phần nào nguyên nhân trên. 1.4.3. Phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học trong hoạt động giải bài tập vật lí của học sinh 1.4.3.1. Mối quan hệ giữa tư duy độc lập và tự học Giữa tư duy độc lập và tự học có mối liên hệ biện chứng với nhau, tư duy độc lập vừa là nền tảng vừa là cơ sở để tự học: “Theo nghĩa rộng: Bản chất của tính độc lập nhận thức là sự chuẩn bị về mặt tâm lí cho sự tự học. Theo nghĩa hẹp: Tính độc lập nhận thức là năng lực, nhu cầu học tập và tính tổ chức học tập, cho phép học sinh tự học” [25, tr.8]. Ngược lại, nói đến tự học là nói đến tư duy độc lập: “Khi đã nói đến tự học, dù là trong mẫu thời gian ngắn thì tư duy độc lập sớm muộn gì cũng nảy sinh, càng tự học trong những khoảng thời gian dài, càng thuận lợi cho sự nảy sinh đó” [34, tr.85]. Như vậy, tự học là môi trường cho sự nảy sinh và phát triển tư duy độc lập, đặt nền móng trên cơ sở có năng lực tư duy độc lập cao. Giữa tự học và tư duy độc lập luôn tác động qua lại lẫn nhau, luôn tồn tại xoắn xuýt bên nhau. Nhiệm vụ của GV trong quá trình giảng dạy phải biết khơi dậy và kích thích ý thức tự học của HS, tạo điều kiện thuận lợi cho tư duy độc lập của HS phát triển thông qua việc truyền thụ kiến thức, giải bài tập,…“Trong quá trình dạy học, bằng mọi cách hình thành ở học sinh tư duy tích cực, độc lập, sáng tạo, năng lực hoạt động nhận thức độc lập và sự tiếp thu tri thức. Hay như đôi khi người ta thường nói năng lực tự học, tự trau dồi kiến thức” [45, tr.13]. 1.4.3.2. Điều kiện phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học Nhân tố quyết định việc phát triển năng lực tư duy độc và nâng cao hiệu quả tự học của HS là sự tự vận động nội lực ở bên trong của từng cá nhân HS: “Phải huy động hết mọi nguồn lực có trong tay và trong tầm tay trước khi sử dụng hỗ trợ từ bên ngoài” [34, tr.32]. Những điều kiện cần thiết để phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tư học đó là: 1) Tinh thần, thái độ, động cơ học tập đúng đắn: Muốn huy động được nội lực của bản thân thì đòi hỏi HS phải tự giác, tích cực trong học tập. Để có tự giác thì HS phải có động cơ, thái độ đúng đắn và hứng thú trong học tập. Mọi sự thúc ép từ bên ngoài cũng có thể tạo ra tư duy độc lập, song hiệu quả không cao: “Vì vậy, sự cố gắng của bản thân có ý nghĩa quyết định thắng lợi của việc học tập nói chung và tự học nói riêng” [34, tr.18]. 2) Tri thức nền tảng cơ bản vững chắc: Để phát huy năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học đòi hỏi HS phải có vốn tri thức cơ bản vững chắc, tức là phải đảm bảo tới ngưỡng nhất định nào đó về lượng thì mới có sự thay đổi về chất. Bởi lẽ, quá trình tư duy không nảy sinh nếu như để giải quyết nhiệm vụ nhận thức (trả lời câu hỏi, giải bài tập) phải cần đến kiến thức mà HS chưa thể có được. Khi chưa có vốn tri thức cơ bản vững chắc, cho dù muốn suy nghĩ và tìm tòi thì kết quả khó đạt được. 3) Môi trường hoạt động tư duy tích cực, độc lập, sáng tạo: Khi đã có động cơ thái độ học tập, có tri thức cơ bản vững chắc, nhưng không có môi trường hoạt động thì tư duy độc lập không có điều kiện phát triển. Do đó, muốn nâng cao hiệu quả tự học cần phải tạo môi trường hoạt động tư duy tích cực, độc lập, sáng tạo. Con người chỉ bắt đầu tư duy tích cực, độc lập khi nảy sinh nhu cầu tư duy, tức là khi đứng trước khó khăn về nhận thức cần phải khắc phục. Tư duy sáng tạo luôn bắt đầu từ tình huống có vấn đề hay như ông cha ta thường nói: “muốn biết bơi phải xuống nước”, nghĩa là phải có nước để tập bơi, phải có môi trường để luyện tập và đưa con người vào môi trường đó. Trong quá trình giảng dạy GV phải chú ý tạo môi trường thích hợp cho HS tư duy tích cực và độc lập, tránh tình trạng yêu cầu phải giải quyết nhiệm vụ mà không phải suy nghĩ và rập khuôn máy móc: “Người thầy ngày nay phải gợi mở cho học sinh “khám phá” tri thức, hướng dẫn học sinh chứng minh xây dựng những cái cần phải “hiểu biết” để “biết”, “biết làm” và “biết làm người” ” [34, tr.27]. 1.4.3.3. Mối quan hệ giữa phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học với hoạt động giải bài tập vật lí Việc giải nhiều bài tập, nhiều loại bài tập được sắp xếp có hệ thống từ dễ đến khó có tác dụng rất lớn trong việc hình thành kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vật lí của HS, đồng thời phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của họ. Như vậy, có một mối quan hệ bền chặt giữa phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học với hoạt động giải BTVL. Mức độ phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học phụ thuộc vào mức độ nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo giải BTVL. Muốn phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học cần phải nắm vững kiến thức và vận dụng một cách sáng tạo kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo đã tích lũy được trong hoạt động giải bài tập. Năng lực tư duy độc lập và hiệu quả tự học của HS được hình thành và phát triển trong hoạt động giải BTVL lần lượt thể hiện qua các nội dung: Xác định chính xác cái đã cho và cái phải tìm; nhanh chóng phát hiện ra các BTCB trong một BTPH và quy một BTPH về các BTCB quen thuộc đã biết; dự kiến các giải pháp thực hiện quá trình giải; hoàn thành công việc theo từng giải pháp như dự kiến và lựa chọn giải pháp tối ưu; rút ra định hướng giải bài tập. 1.5. Định hướng giải bài tập vật lí Giải BTVL là một quá trình phức tạp, đòi hỏi HS phải hiểu điều kiện bài tập, biết vận dụng kiến thức nào để giải, biết cách giải và có kiến thức toán học. Cho nên, để rèn luyện kĩ năng giải BTVL nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức của HS, phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học thì một trong những biện pháp quan trọng là dạy cho HS phương pháp giải BTVL nói chung, giải từng BTCB và BTPH. 1.5.1. Các cách định hướng giải bài tập vật lí Cách định hướng giải BTVL là cách hướng dẫn việc thực hiện các hành động hay các thao tác để giải BTVL. Ta có thể phân làm ba cách: Định hướng khái quát, định hướng hành động và hướng dẫn algorit. 1.5.1.1. Định hướng khái quát Định hướng khái quát giải BTVL bao gồm các buớc sau: 1) Tìm hiểu đầu bài: Đọc kĩ đầu bài, tóm tắt đầu bài bằng những kí hiệu quen dùng, thống nhất đơn vị của các đại lượng, vẽ hình hoặc sơ đồ. 2) Xác lập mối liên hệ giữa cái đã cho và cái phải tìm, lập kế hoạch giải: Phân tích hiện tượng vật lí liên quan đến đề bài để nhận ra các quy tắc và định luật chi phối hiện tượng, vạch ra mối liên hệ giữa cái đã cho và cái phải tìm, dự kiến những lập luận và biến đổi toán học cần thực hiện. 3) Thực hiện lời giải: Viết các phương trình của định luật và giải hệ phương trình để được cái phải tìm qua cái đã cho, thay giá trị bằng số và thực hiện các phép tính với độ sai số cho phép. 4) Kiểm tra và biện luận kết quả: Kiểm tra xem đã trả lời hết câu hỏi chưa, tính toán có đúng không, thứ nguyên phù hợp không, biện luận kết quả dựa vào ý nghĩa thực tế xem có phù hợp không? 1.5.1.2. Định hướng hành động Định hướng hành động là việc hướng dẫn những hành động cần thiết để giải BTVL. Định hướng hành động thực chất là việc cụ thể hóa định hướng khái quát đối với bài tập của mỗi chương, mỗi phần thuộc chương trình vật lí. 1.5.1.3. Algorit hành động Algorit hành động là một chương trình hành động được xác định một cách rõ ràng, chính xác và chặt chẽ, trong đó chỉ rõ cần thực hiện những hành động nào và trình tự nào để đi đến kết quả. Những hành động này gọi là những hành động sơ cấp được hiểu một cách đơn giá và chủ thể đã nắm vững. 1.5.2. Tác dụng của việc định hướng giải bài tập vật lí Định hướng giải BTVL có tác dụng rất lớn trong việc rèn luyện kĩ năng và kĩ xảo, phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của HS: Phần lớn các định hướng được sử dụng trong việc giải BTVL là định hướng hành động. Đối với loại định hướng này, việc hướng dẫn chỉ là phương pháp chung đi tìm lời giải bài tập, nên cần phải rèn luyện cho HS có thói quen xác định phương hướng và cách thức hành động. Hơn nữa, hướng dẫn chỉ nêu ra cần phải làm gì, còn thực hiện các thao tác nào và trình tự nào trong mỗi hành động đó thì HS tự suy nghĩ để quyết định. Bởi vậy, định hướng hành động có tác dụng lớn trong việc rèn luyện phát triển tư duy độc lập của HS. Định hướng giải BTVL có tác dụng chuẩn bị cho giải bài tập sáng tạo. Bởi vì, trong quá trình giải các bài tâp mẫu theo định hướng thì những thao tác tư duy và kĩ năng giải bài tập của HS được hình thành. Đồng thời, HS sẽ thực hiện các thao tác ấy ở mức tự động hóa khi chuyển từ việc giải bài tập mẫu sang bài tập sáng tạo. Định hướng giải BTVL có tác dụng tạo cho HS có thói quen lập luận và hành động chặt chẽ, chính xác. Đồng thời, hạn chế những khó khăn về việc nắm vững kĩ năng giải bài tập và cho phép áp dụng mọi đối tượng HS giải từng loại bài tập. 1.6. Hướng dẫn học sinh tự lực suy nghĩ tìm kiếm lời giải bài tập vật lí Dựa vào hoạt động tư duy của HS trong quá trình giải BTVL, cách phân loại BTVL và định hướng giải BTVL mà hướng dẫn HS tự lực suy nghĩ tìm kiếm lời giải BTVL. 1.6.1. Giải bài tập cơ bản 1.6.1.1. Giải bài tập cơ bản nhằm vận dụng kiến thức Bài tập cơ bản vận dụng kiến thức bao gồm BTCB có nội dung lí thuyết và BTCB có nội dung thực tế. 1) Khi giải BTCB có nội dung lí thuyết phải: Nhận biết hiện tượng có trong bài tập thuộc kiến thức nào đã học; xác định mối liên hệ giữa cái phải tìm và cái đã cho liên quan đến khái niệm, quy tắc, định luật,…nào đã học; thực hiện các lập luận và suy diễn để thiết lập mối quan hệ tường minh giữa cái phải tìm và cái đã cho; khái quát để rút ra một định hướng giải BTVL (Thường là algorit hành động) cho việc giải bài tập cùng loại. 2) Việc giải BTVL có nội dung thực tế phải tuân theo cách định hướng khái quát đã nói ở trên, nhưng hành động đầu tiên cần thêm vào là phải đổi các thuật ngữ đời thường trong bài tập sang thuật ngữ vật lí quen thuộc. 1.6.1.2. Giải bài tập cơ bản tìm kiếm thông tin ở tự nhiên khi hình thành kiến thức mới Giải BTCB tìm kiếm thông tin ở tự nhiên khi hình thành kiến thức mới thường được thực hiện bắt đầu bằng suy luận logic hay toán học, kết thúc bằng phép đo hay quan sát để gạt bỏ hay khẳng định suy luận trên. Việc suy nghĩ tìm kiếm lời giải cho BTCB này phải: Xác định mục đích cần nghiên cứu đề cập ở đầu bài; thực hiện các lập luận logic và biến đổi toán học dựa trên các kiến thức đã biết nhằm thiết lập mối quan hệ giữa các tính chất, hiện tượng có ở bài tập với những biểu hiện có thể quan sát và đo lường được; xử lí các thông tin thu được nhằm đưa ra kết luận mới. 1.6.2. Giải bài tập phức hợp Việc giải BTPH là tìm cách quy nó về các BTCB đã biết, đã rành rẽ về cách giải và giải phối hợp chúng. Bởi vậy khi hướng dẫn HS giải BTPH này cần qua những buớc sau: 1) Tìm hiểu đầu bài nhằm xác định hiện tượng có ở đầu bài: Hiện tượng này có thể cùng một lúc chịu sự chi phối bởi nhiều nguyên nhân, tuân theo nhiều quy tắc, định luật vật lí, và cũng có thể bao gồm nhiều giai đoạn hay nhiều hiện tượng thành phần đơn giản nối tiếp nhau xảy ra và mỗi giai đoạn, mỗi hiện tượng đơn giản tuân theo một hay nhiều quy tắc, định luật vật lí. 2) Dùng định hướng hành động để xác định những hành động cần thực hiện trong quá trình giải BTPH này. 3) Thực hiện các hành động theo định hướng hành động để quy BTPH này về các BTCB đã biết và giải nhằm đưa đến kết quả mà đầu bài yêu cầu. Việc hướng dẫn giải BTPH nói trên là quá trình vận dụng kiến thức và định hướng hành động, trong khi giải HS phải tự rút ra những điều mới lạ để áp dụng cho các bài tập tương tự. Đối với BTPH mới gặp lần đầu, HS phải sử dụng định hướng khái quát để giải rồi tự khái quát để rút ra định hướng hành động giải nó. 1.7. Giải bài tập trong các tiết học vật lí Giải bài tập là một phần hợp thành của đa số tiết học vật lí với các hình thức như tiết học tài liệu mới, luyện tập, ôn tập, kiểm tra. Các tiết học này có thể chiếm một phần hay toàn bộ thời lượng tiết học. Giải BTVL không những được sử dụng trong các tiết học ở trên lớp mà cả trong các buổi ngoại khóa. Trong các hình thức dạy học về BTVL thì giải bài tập trong tiết học nghiên cứu tài liệu mới và tiết học luyện tập về bài tập được sử dụng nhiều nhất. 1.7.1. Giải bài tập trong tiết học nghiên cứu tài liệu mới Tiết học nghiên cứu tài liệu mới là tiết học mà HS lĩnh hội kiến thức mới, cũng có thể không lĩnh hội kiến thức mới nhưng có nhận thức mới về kiến thức đã học, hay biết rõ phạm vi, giới hạn áp dụng kiến thức. BTVL được sử dụng trong các tiết học này có thể là bài tập làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu, bài tập giải quyết vấn đề và bài tập củng cố. 1.7.1.1. Bài tập làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu Bài tập vật lí làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu là bài tập đưa ra một vấn đề cần xác định được giải quyết dựa vào các định luật vật lí mà không hướng dẫn định luật nào để giải bài tập đó. Bài tập vật lí làm nảy sinh vấn đề nghiên cứu không những kích thích HS các vấn đề sắp lĩnh hội mà còn có tác dụng củng cố kiến thức đã học, tạo được mối liên quan giữa những kiến thức đã có và những kiến thức mới. 1.7.1.2. Bài tập giải quyết vấn đề Dùng bài tập để giải quyết vấn đề là khá phổ biến trong dạy học vật lí. Bài tập này được GV đưa ra dưới dạng một BTPH sau khi làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu. Sau đó quy nó về các BTCB, rồi qua giải chúng, HS sẽ lĩnh hội được kiến thức mới. Dựa vào phương thức giải, có thể chia bài tập này thành hai loại: 1) Bài tập giải quyết vấn đề được giải bằng lập luận logic và biến đổi toán học dựa vào các kiến thức đã học. Ví dụ: Để thiết lập phương trình trạng thái của khí lí tưởng, tức là tìm mối quan hệ giữa áp suất, thể tích và nhiệt độ tuyệt đối của một khối lượng khí xác định khi HS đã học hai định luật về chất khí lí tưởng: Boyle-Mariotte và Charles [19, tr.231-232]. Ta phải xét một khối lượng khí xác định ở trạng thái 1 có áp suất P1, thể tích V1, nhiệt độ tuyệt đối T1 thực hiện một quá trình biến đổi bất kì chuyển sang trạng thái 2 có áp suất P2, thể tích V2, nhiệt độ tuyệt đối T2. Mối liên hệ giữa ba thông số áp suất, thể tích và nhiệt độ được thiết lập bằng cách thực hiện hai giai đoạn biến đổi: Từ trạng thái 1 về trạng thái 2’ bằng quá trình đẳng nhiệt, từ trạng thái 2’ về trạng thái 2 bằng quá trình đẳng tích. Dùng đồ thị P – V biểu diễn hai giai đoạn biến đổi đó, rồi áp dụng định luật Boyle-Mariotte cho quá trình đẳng nhiệt và định luật Charles cho quá trình đẳng tích. Đồng thời, ta phải thực hiện một chuỗi lập luận logic và biến đổi toán học để có phương trình trạng thái của khí lí tưởng.. 2) Bài tập giải quyết vấn đề phải dựa vào quan sát, làm thí nghiệm có thể gọi là bài tập này là “bài tập đòi hỏi thiên nhiên”. Ví dụ: để xác định phương, chiều, tính chất của chuyển động rơi tự do và gia tốc rơi tự do [19, tr 29-30], ta không thể dùng suy luận logic và biến đổi toán học để tìm mà phải bằng quan sát và thí nghiệm mới có kết quả chính xác. Hay nói cách khác, điều cần tìm phải “đòi hỏi thiên nhiên”. 1.7.1.3. Bài tập củng cố Bài tập củng cố được sử dụng dưới dạng BTCB ở cuối mỗi phần của bài học hay cuối bài học. Loại bài tập có tác dụng củng cố kiến thức mới mà HS vừa lĩnh hội và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vật lí. 1.7.2. Giải bài tập trong tiết luyện tập về bài tập Trong những tiết giải bài tập, người ta thường dùng chủ yếu hai hình thức tổ chức làm việc của lớp: Giải bài tập trên bảng để HS cả lớp cùng theo dõi, được thực hiện bởi GV hay một HS; giải bài tập vào vở hoặc vào các tờ giấy nháp, được thực hiện bằng sự tự lực của từng HS. Hình thức tổ chức thứ nhất được áp dụng khi GV hướng dẫn HS giải những loại bài tập mới hoặc khi GV giới thiệu cho HS định hướng giải loại bài tập mới. Nhằm tích cực hóa tới mức tối đa hoạt động nhận thức của tất cả HS vào việc tìm kiếm lời giải bài tập, tránh đi việc HS chỉ nghe một cách thụ động những lời giải thích của GV và trả lời của HS được gọi lên bảng, GV cần phải: “Nêu mục đích của việc giải bài tập để cho học sinh thấy được tầm quan trọng và sự cần thiết của việc luyện tập; đưa ra một giả thuyết hoặc một vài giả định có thể mâu thuẫn nhau, nhờ đó mà thu hút được sự chú ý của học sinh” [35, tr.56]. Hình thức tổ chức thứ hai được áp dụng chủ yếu là để hình thành và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành cũng như để kiểm tra kết quả học tập của HS. Những bài tập đưa ra trong hình thức này phải vừa sức, đủ phức tạp và gây hứng thú cho HS lúc đó mới phát triển được năng lực tư duy độc lập và phát huy được tính tích cực của họ. Trong thời gian HS tự lực giải bài tập, có thể họ đưa ra những thắc mắc, GV kịp thời đi đến giúp đỡ từng HS nhưng không làm những gì mà có thể để họ tự lực làm được, có thể giúp HS quy một BTPH thành các BTCB, áp dụng định hướng giải bài tập. Chương 2 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” LỚP 10 THPT BAN KHTN NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TƯ DUY ĐỘC LẬP VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ TỰ HỌC CỦA HỌC SINH 2.1. Vị trí, mục tiêu và nội dung chương “các định luật bảo toàn” trong chương trình vật lí lớp 10 trung học phổ thông Theo các tác giả [2], [10], [20], CĐLBT có một vị trí đặc biệt quan trọng trong chương trình vật lí học. Định luật bảo toàn động lượng đúng cho cả trường hợp mà các định luật Newton không còn đúng nữa, định luật bảo toàn cơ năng áp dụng cho mọi trường hợp khi lực tác dụng là lực thế. Chương CĐLBT ở vị trí gần cuối của chương trình cơ học ở lớp 10, nên có thể sử dụng tất cả kiến thức đã học trong các chương trước. Đây là dịp tốt để củng cố hiểu biết và rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức đã học của HS. Trong chương này, HS học thêm nhiều khái niệm mới khá trừu tượng và được bổ sung những kiến thức sâu hơn, định lượng hơn so với chương trình trung học cơ sở. Đó là các khái niệm động lượng, công, công suất, động năng, thế năng, lực thế, năng lượng cơ học nói riêng và năng lượng nói chung. Đồng thời, HS được học những quy luật quan trọng nhất của cơ học, đó là CĐLBT. Tổng quát hơn các định luật Newton, CĐLBT không chỉ bổ sung cho phương pháp động lực học khi giải các bài toán cơ học mà còn thay thế hoàn toàn trong một số trường hợp không thể áp dụng được các định luật Newton. Kiến thức mà HS học được trong chương này cũng gắn liền với những ứng dụng thực tiễn trong kĩ thuật và đời sống, vì năng lượng luôn luôn là khái niệm vật lí quan trọng nhất, bao trùm trong mọi hiện tượng thiên nhiên và thực tế cuộc sống của con người. Mục tiêu chủ yếu của việc nghiên cứu chương CĐLBT lớp 10 THPT ban KHTN là cung cấp cho HS một hệ thống các khái niệm của CĐLBT, mối liên hệ giữa các khái niệm, các định luật cơ bản của nó, đó là CĐLBT và những ứng dụng quan trọng nhất của chúng trong thực tiễn. Bên cạnh đó, một mục tiêu hết sức quan trọng của CĐLBT là phản ánh những quy luật vật lí đặc biệt, có tính khái quát cao hơn các định luật Newton vì chúng gắn với các tính chất của không gian và thời gian. Nội dung của chương CĐLBT lớp 10 THPT ban KHTN được trình bày trong 10 bài [19, tr.143-196]. Theo phân phối chương trình lớp 10 THPT của Vụ Giáo dục phổ thông năm 2006, chương CĐLBT gồm 14 tiết, trong đó có 10 tiết lí thuyết, 03 tiết bài tập và 01 tiết kiểm tra [27, tr.36-40]. Đồng thời, trong phần chủ đề tự chọn bám sát chương trình nâng cao có 05 tiết bài tập [44, tr.52-68], nâng tổng số tiết bài tập của chương này là 08 tiết. Các định luật bảo toàn được nghiên cứu trong chương này gồm định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng. Thế năng được nghiên cứu riêng sau nội dung động năng và thêm một nội dung mới là thế năng đàn hồi. Sau khi nghiên cứu định luật bảo toàn cơ năng, có một nội dung riêng về va chạm, là ví dụ về sự vận dụng của cả hai định luật bảo toàn động lượng và bảo toàn cơ năng. Cuối cùng là nội dung hoàn toàn mới được nghiên cứu, đó là các định luật Kepler và chuyển động của vệ tinh. 2.2. Mức độ, yêu cầu nắm vững những kiến thức cơ bản của chương “các định luật bảo toàn” lớp 10 trung học phổ thông Những kiến thức và kĩ năng cơ bản giải bài tập chương CĐLBT lớp 10 THPT ban KHTN được xác định theo nội dung của chương trình, SGK, tài liệu hướng dẫn giảng dạy và chủ đề tự chọn bám sát chương trình nâng cao. 2.2.1. Những kiến thức cơ bản của chương “các định luật bảo toàn” lớp 10 trung học phổ thông Số lượng môn học, khối lượng kiến thức của từng môn học đối với HS ở trường phổ thông là rất lớn. Việc HS ghi nhớ các chi tiết và ngóc ngách mọi kiến thức của từng môn học quả thực là một việc làm quá sức đối với họ. Bởi vậy, không nên đòi hỏi ở HS quá nhiều mà chỉ yêu cầu họ nắm vững một hệ thống kiến thức cơ bản, trọng tâm và vận dụng có hiệu quả để giải các bài tập có liên quan. Những kiến thức cơ bản của chương CĐLBT lớp 10 THPT ban KHTN bao gồm các nội dung sau đây: Động lượng, công, công suất, động năng, định lí động năng, thế năng, lực thế, quan hệ giũa công của lực thế và thế năng, cơ năng, CĐLBT và các phương pháp đặc thù để giải các bài tập chương này, đó là phương pháp CĐLBT (định hướng hành động giải bài toán tổng quát chương CĐLBT). 2.2.2. Mức độ, yêu cầu nắm vững kiến thức cơ bản của chương “các định luật bảo toàn” lớp 10 trung học phổ thông Nắm vững kiến thức trong quá trình học tập là yêu cầu bắt buộc đối với HS. Những yêu cầu chung về nắm vững kiến thức là cơ sở định hướng cho việc lĩnh hội kiến thức trong quá trình học tập của HS. Các kiến thức vật lí đòi hỏi HS phải nắm vững trong quá trình học tập đó là hiện tượng, đại lượng, quy tắc, định luật, thuyết vật lí,…Những yêu cầu về việc nắm vững một kiến thức vật lí, bao gồm: Nắm vững nội hàm của kiến thức vật lí, đó là những biểu hiện của kiến thức vật lí trong thực tiễn; nắm vững cách thức và quá trình hình thành kiến thức vật lí đó; vận dụng kiến thức vật lí để giải quyết các BTVL có liên quan và những vấn đề thực tiễn đặt ra. Thực hiện tốt các yêu cầu này góp phần phát triển năng lực nhận thức, phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của HS, tức là đạt được mục đích phát triển trí dục của việc dạy học. Căn cứ vào mục tiêu, yêu cầu, nội dung của chương trình, SGK vật lí 10 nâng cao [19], chủ đề tự chọn bám sát chương trình nâng cao [44] và những yêu cầu nắm vững kiến thức vật lí mà vạch ra yêu cầu cụ thể về nắm vững kiến thức cơ bản của chương CĐLBT. 2.2.3.1. Định luật bảo toàn động lượng 1) Hệ kín là hệ chỉ có những lực của các vật trong hệ tác dụng lẫn nhau (gọi là nội lực) mà không có tác dụng của các lực từ bên ngoài hệ (gọi là ngoại lực), hoặc nếu có thì những lực này phải triệt tiêu lẫn nhau. 2) Động lượng của một vật chuyển động là đại lượng vectơ đo bằng tích của khối lượng và vận tốc của vật: vmp   3) Động lượng của hệ vật là tổng vectơ các động lượng của từng vật trong hệ: ...vmvm ... pp p 221 121   4) Đơn vị của động lượng là kg.m/s. 5) Định luật bảo toàn động lượng: Vectơ tổng động lượng của hệ kín được bảo toàn: ...pp...pp ,2,121   PP '   6) Nguyên tắc chuyển động bằng phản lực: Trong một hệ kín, khi một phần của hệ chuyển động theo một hướng, thì theo định luật bảo toàn động lượng, phần còn lại của hệ phải chuyển động theo hướng ngược lại. 7) Hệ thức liên hệ giữa lực và động lượng: Xung lượng của lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian Δt bằng độ biến thiên động lượng trong khoảng thời gian đó: F.Δt = ΔP Đẳng thức này là tương đương với định luật II Newton F = am , vì: F = am = m t v   = t )vm(    = t p   2.2.3.2. Công và công suất 1) Công - Định nghĩa: Công A do lực F không đổi thực hiện là một đại lượng đo bằng tích độ lớn của lực và hình chiếu độ dời điểm đặt trên phương của lực: A = Fscosα - Công là đại lượng vô hướng và có giá trị đại số: Nếu 0 ≤ α 0 là công phát động. Nếu 2π < α ≤ π thì A < 0 là công cản. Nếu α = 2π thì A = 0 dù có lực tác dụng nhưng vẫn không có công thực hiện. 2) Công của trọng lực - Công của trọng lực làm vật di chuyển từ điểm 1 có độ cao z1 đến điểm 2 có độ cao z2 không phụ thuộc hình dạng đường đi của vật và chỉ phụ thuộc các vị trí đầu và cuối: A12 = mg(z1 – z2) - Trọng lực là lực thế hay lực bảo toàn. 3) Công của lực đàn hồi - Công của lực đàn hồi làm vật biến dạng từ vị trí x1 đến vị trí x2 được xác định bởi công thức: 222112 kx2 1kx 2 1A  - Lực đàn hồi là lực thế. 4) Công suất - Định nghĩa: Công suất P là đại lượng có giá trị bằng thương số giữa công A và thời gian t cần thực hiện công ấy: P t A - Ý nghĩa của công suất: Để so sánh khả năng thực hiện công của các máy khác nhau trong cùng một thời gian. - Biểu thức khác của công suất: VF t SF t A    Nếu t là rất nhỏ thì là vận tốc tức thời và là công suất tức thời ở thời điểm đang xét. Với công suất không đổi cho trước của một động cơ thì lực kéo tỉ lệ nghịch với vận tốc. Hộp số hoạt động dựa trên nguyên tắc này. V  P P 2.2.3.3. Động năng và định lí động năng 1) Động năng - Định nghĩa: Động năng của một vật là năng lượng do vật chuyển động mà có. Động năng có giá trị bằng một nửa tích của khối lượng và bình phương của vận tốc của vật: 2 mvW 2 đ  Đơn vị động năng cũng là đơn vị công và đo bằng jun (J). - Tính chất: Động năng là đại lượng vô hướng và luôn luôn dương. Vận tốc có tính tương đối, phụ thuộc vào hệ quy chiếu, cho nên động năng cũng có tính tương đối. 2) Định lí động năng Độ biến thiên động năng của một vật bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật: 12 dd12 WWWA  2 1 2 212 mv2 1mv 2 1A  A12 là công của ngoại lực thực hiện khi vật dời chỗ từ vị trí 1 đến vị trí 2. và là động năng của vật tại các vị trí tương ứng. 1dW 2dW 2.2.3.4. Thế năng 1) Thế năng Thế năng là năng lượng của một hệ có được do tương tác giữa các phần của hệ thông qua lực thế. 2) Thế năng trọng trường - Thế năng trọng trường là năng lượng mà vật có do trọng lực và độ cao: Wt = mgz - Công của trọng lực bằng hiệu thế năng của vật tại vị trí đầu và tại vị trí cuối, tức là bằng độ giảm thế năng của vật: 21tt mgzmgzWWA 21  3) Thế năng đàn hồi - Thế năng đàn hồi là năng lượng mà vật có do biến dạng: Wđh = 2 kx 2 - Công của lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng: 2 2 2 1dhdh12 kx2 1kx 2 1WWA 21  2.2.3.5. Định luật bảo toàn cơ năng 1) Trường hợp trọng lực Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngược lại, nhưng tổng của chúng, tức là cơ năng của vật, được bảo toàn (không đổi theo thời gian): constmgz 2 mv2  2) Trường hợp lực đàn hồi Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngược lại, nhưng tổng của chúng, tức là cơ năng của vật, được bảo toàn: const 2 kx 2 mv 22  3) Định luật bảo toàn cơ năng tổng quát Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của lực thế thì cơ năng của vật luôn được bảo toàn. 4) Biến thiên cơ năng và công của lực không phải là lực thế Ngoài lực thế, vật còn chịu tác dụng của lực không phải là lực thế, cơ năng của vật không bảo toàn và công của lực này bằng độ biến thiên cơ năng của vật: A12 = W2 – W1 = ΔW 2.2.3.6. Va chạm - Khi va chạm, tương tác giữa hai vật xảy ra trong một thời gian rất ngắn, nội lực xuất hiện rất lớn nên bỏ qua các ngoại lực và coi hệ là kín. Do đó, động lượng của hệ luôn bảo toàn. - Sau va chạm hai vật tiếp tục chuyển động tách rời nhau với vận tốc riêng biệt, động năng toàn phần không thay đổi, đó là va chạm đàn hồi. - Sau va chạm hai vật dính vào nhau thành một khối, chuyển động cùng một vận tốc, tổng động năng toàn phần không bảo toàn, đó là va chạm mềm. 2.2.3.7. Các định luật Kepler - Định luật 1: Mọi hành tinh đều chuyển động theo các quỹ đạo elip mà Mặt Trời là một tiêu điểm. - Định luật 2: Đoạn thẳng nối Mặt Trời và một hành tinh bất kì quét những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau. - Định luật 3: Tỉ số giữa lập phương bán trục lớn và bình phương chu kì quay là giống nhau cho mọi hành tinh quay quanh Mặt Trời: const T a 2 3  2.2.3.7. Định hướng hành động giải bài toán tổng quát chương “các định luật bào toàn” Bài toán tổng quát chương CĐLBT là BTPH phải dựa vào phương pháp CĐLBT, đó là phương pháp vận dụng CĐLBT vào những hệ vật cụ thể để giải các bài toán cơ học. Định hướng hành động giải bài toán tổng quát chương CĐLBT thực hiện qua phương pháp CĐLBT, nội dung của phương pháp này được cụ thể hóa bởi các bước sau: 1) Xác định đặc điểm của hệ vật: Hệ gồm những vật nào, hệ có cô lập hay không, nếu hệ không cô lập thì hình chiếu của tổng ngoại lực theo một phương nào đó có triệt tiêu hay không, hệ có được coi là cô lập một cách gần đúng hay không (hệ có nội lực rất lớn so với ngoại lực), hệ có ngoại lực tác dụng không phải là lực thế hay không? 2) Xác định hệ có thể đúng với định luật bảo toàn nào: Hệ cô lập thì áp dụng định luật bảo toàn động lượng, hệ có hình chiếu của tổng ngoại lực theo một phương triệt tiêu thì áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương đó, hệ chỉ chịu tác dụng của lực thế thì áp dụng định luật bảo toàn cơ năng. Ngoài lực thế, hệ còn chịu tác dụng của ngoại lực không phải lực thế thì áp dụng độ biến thiên cơ năng của hệ bằng công của ngoại lực tác dụng lên hệ. 3) Viết phương trình định luật bảo toàn động lượng dưới dạng vectơ, phương trình định luật bảo toàn cơ năng (đối với lực thế), hay biến thiên cơ năng bằng công của ngoại lực (khi có cả lực không phải lực thế tác dụng). 4) Chiếu phương trình vectơ lên phương mà tổng ngoại lực theo phương đó triệt tiêu. 5) Giải hệ phương trình để tìm ẩn số. 2.3. Các kĩ năng cơ bản giải bài tập chương “các định luật bảo toàn” 2.3.1. Các tiêu chuẩn và mức độ rèn luyện kĩ năng giải bài tập vật lí Khi biết các tiêu chuẩn và mức độ rèn luyện kĩ năng giải BTVL thì ta có thể đánh giá được phương pháp mà GV sử dụng trong dạy học cũng như kiến thức kĩ năng của HS. Các tiêu chuẩn rèn luyện kĩ năng giải BTVL là: 1) Biết các thao tác của quá trình giải bài tập theo từng phần kiến thức và kĩ năng thực hiện chúng. 2) Nắm vững trình tự thực hiện và quá trình phối hợp các thao tác. 3) Từ định hướng hành động giải bài tập của phần này chuyển sang phần khác. Các mức độ rèn luyện kĩ năng giải BTVL được phân chia như sau: 1) Tìm hiểu và phân tích điều kiện đầu bài, tóm tắt đầu bài bằng những kí hiệu quen thuộc, thực hiện các thao tác để giải bài tập. 2) Giải các BTCB theo từng kiến thức cụ thể. 3) Giải các BTPH về từng chủ đề cụ thể dựa vào việc áp dụng định hướng hành động. 4) Áp dụng định hướng tổng quát để giải mỗi một BTVL nói chung. 5) Từ cấu trúc hoạt động giải BTVL phần này chuyển sang giải BTVL phần khác. 2.3.2. Các kĩ năng cơ bản giải bài tập chương “các định luật bảo toàn” Trong quá trình dạy học giải BTVL, ngoài những kĩ năng chung, GV cần quan tâm đến các kĩ năng cơ bản sau đây trong việc hình thành, rèn luyện kĩ năng giải bài tập chương CĐLBT cho HS: 1) Xác định hệ đang khảo sát. 2) Xác định lực tác dụng lên vật hay hệ vật. 3) Chọn hệ quy chiếu để chuyển các vận tốc về cùng một hệ quy chiếu thống nhất và chọn mức không để tính độ cao (nếu có). 4) Xác định các phương trình chủ yếu cần thiết cho việc giải bài tập. 5) Giải thành thạo các BTCB về từng kiến thức cụ thể. 6) Thành thạo việc áp dụng định hướng hành động giải bài toán tổng quát chương CĐLBT. Nắm được một số định hướng hành động giải BTPH cho từng loại bài tập chương CĐLBT. 7) Tự khái quát rút ra định hướng hành động giải BTPH và algorit thao tác giải các BTCB cùng loại. 8) Thành thạo trong việc quy một BTPH về các BTCB đã biết. 2.4. Thực tế dạy học về bài tập vật lí lớp 10 trung học phổ thông 2.4.1. Chất lượng nắm vững kiến thức và giải bài tập vật lí của học sinh Từ trực tiếp giảng dạy, theo dõi và dự giờ, trò chuyện với HS và xem vở ghi chép cũng như vở bài tập của họ, kết quả phiếu thăm dò ý kiến của GV về chất lượng nắm vững kiến thức và giải BTVL của HS (phụ lục 1) cho thấy: Khá đông HS không giải được bài tập ra về nhà hay có giải đi chăng nữa thì đó cũng là việc sao chép máy móc lời giải trong sách giải nhằm đối phó với việc kiểm tra của GV; không tích cực theo dõi quá trình giải bài tập trên bảng của thầy và bạn mà chủ yếu ghi chép một cách thụ động vào vở những phép tính toán cụ thể và kết quả cuối cùng. Khi xem xét việc giải BTCB, BTPH của HS ở trong SGK và sách BTVL lớp 10, chúng tôi nhận thấy rằng: Khoảng 1/3 số HS không giải được tất cả các BTCB, vì các em không nắm được các kiến thức cơ bản đã học hoặc hiểu chúng một cách máy móc; không vận dụng được vào các tình huống mới, mặc dù các tình huống mới khác không nhiều so với tình huống quen thuộc trong phần giảng lí thuyết trên lớp mà các em được tiếp thu. Còn trong 2/3 số HS giải được BTCB thì chỉ có 1/3 số HS giải được BTPH, vì các em biết quy một BTPH về các BTCB và nhớ được định hướng hành động giải bài toán tổng quát. 2.4.2. Sử dụng bài tập của giáo viên Qua tìm hiểu chất lượng giảng dạy của GV trong trường, trao đổi trực tiếp với GV giảng dạy khối 10, nghiên cứu giáo án và dự giờ của họ, cùng với kết quả thực hiện phiếu thăm dò ý kiến của GV về việc sử dụng BTVL và hướng dẫn HS giải BTVL trong quá trình dạy học (phụ lục 1), chúng tôi rút ra được một số nhận xét như sau: - Việc lựa chọn các bài tập giải trên lớp hay ra về nhà được khá nhiều GV thực hiện chưa có mục đích rõ ràng, sử dụng bài tập củng cố trong tiết học lí thuyết rất hạn chế. Trong các tiết luyện tập giải bài tập, GV tự chữa bài tập cho HS và dành thời gian quá nhiều cho các bài tập mà nhiều HS trong lớp đã giải được. - Hầu hết các GV đều áp đặt HS suy nghĩ và giải bài tập theo cách của mình chứ không quan tâm, hướng dẫn HS độc lập suy nghĩ để phát triển năng lực tư duy độc lập trong việc tìm kiếm lời giải. Bên cạnh đó, rất nhiều GV coi nhẹ việc phân tích đường lối giải và định hướng tư duy của HS mà thiên về các phép tính biến đổi toán học và tính toán cụ thể trong các tiết luyện tập giải bài tập. - Việc giải BTCB không được GV dành thời gian thỏa đáng, xem nhẹ việc rèn luyện HS giải BTCB, ra loại bài tập này cho HS làm rất ít và không quan tâm đến cách giải một BTPH bằng cách quy nó về các BTCB. - Việc sử dụng BTVL để hình thành kiến thức mới chưa được GV chú ý và chưa khai thác hết tiềm năng của nó. Từ thực tế dạy học về BTVL đã nói ở trên, chúng tôi nhận thấy rằng: Để khắc phục những khó khăn, sửa chữa những sai lầm của HS trong việc giải bài tập và giúp GV dễ dàng lựa chọn, sử dụng được các bài tập một cách có hiệu quả trong quá trình dạy học chương CĐLBT nhằm phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của HS, rất cần thiết phải xây dựng hệ thống bài tập chương này dựa trên những căn cứ xác đáng của cơ sở khoa học, đồng thời vạch ra được cách sử dụng nó trong từng bước lên lớp ở mỗi tiết học. 2.5. Xây dựng định hướng hành động giải bài toán tổng quát chương “các định luật bảo toàn” Định hướng hành động giải bài toán tổng quát của chương CĐLBT là việc hướng dẫn những hành động cần thiết giúp HS giải các bài tập đã cho, nên họ phải xem đây là một trong những kiến thức cơ bản cần phải được nắm vững. Khi tiến hành thực nghiệm sư phạm dạy học giải bài tập chương CĐLBT, chúng tôi đã hướng dẫn HS tự khái quát và xây dựng định hướng hành động ngay sau khi giải các bài tập thí dụ trong SGK vật lí 10 – Nâng cao [19, tr.182 - 186]). Bài 1: Một chiếc thuyền có chiều dài L = 5,6 m, khối lượng M = 80 kg chở một người có khối lượng m = 52 kg, ban đầu cả thuyền và người đứng yên trên mặt hồ phẳng lặng. Nếu người đi từ mũi đến lái thì thuyền dịch chuyển so với nước được độ dời bằng bao nhiêu và theo chiều nào? Bỏ qua sức cản của nước. Bài 2: Một người nặng 65 kg thả mình rơi tự do từ cầu nhảy ở độ cao 10 m xuống nước. a) Tìm vận tốc của người ở độ cao 5 m và khi chạm mặt nước. b) Nếu người đó nhảy khỏi cầu với vận tốc ban đầu vo = 2 m/s thì khi chạm nước, vận tốc sẽ là bao nhiêu? c) Với điều kiện ở câu b), sau khi chạm nước, người chuyển động thêm một độ dời s = 3 m trong nước theo phương thẳng đứng thì dừng. Tính độ biến thiên cơ năng của người. Giáo viên hướng dẫn, giúp đỡ HS giải các bài tập này thông qua một hệ thống câu hỏi, từ đó phát hiện và vạch ra được các bước giải, các BTCB và trình tự giải chúng trong việc giải quyết bài toán tổng quát chương CĐLBT, tức là xây dựng định hướng hành động giải các bài tập này. Trong quá trình giải bài 1, HS đã phải tự rút ra định hướng hành động đó. Sau khi giải các bài tập còn lại, mỗi HS phải tự đưa ra các BTCB và trình tự giải chúng trong khi giải mỗi BTPH của chương CĐLBT. Việc tìm lời giải của bài 1 dựa vào cấu trúc logic: Độ dời mà thuyền thực hiện so với mặt nước s = v1t (v1 là vận tốc của thuyền so với nước), thời gian để thuyền thực hiện độ dời s cũng là thời gian để người đi từ mũi đến lái của thuyền: t = L/v2 (v2 là vận tốc của người so với thuyền) s = v1L/v2. Dựa vào định luật bảo toàn động lượng xác định được v1/v2 tìm được s. Đồng thời, chuyển vận tốc tương đối giữa người và thuyền về vận tốc trong hệ quy chiếu gắn với mặt nước để áp dụng định luật bảo toàn động lượng. Từ logic này, GV đưa ra một hệ thống câu hỏi nhằm định hướng tư duy của HS và giúp họ rút ra định hướng hành động giải bài tập đã cho như sau:   1) Hệ người thuyền có được coi là hệ kín không? Vì sao? 2) Vận tốc của người và của thuyền đối với nước liên hệ với nhau qua công thức nào? 3) Viết phương trình định luật bảo toàn động lượng dạng vectơ và chiếu lên chiều dương là chiều chuyển động của người để có phương trình đại số. 4) Từ phương trình đại số trên đưa về tỉ số các vận tốc liên hệ với tỉ số các khối lượng đã cho. 5) Thời gian để người đi từ mũi đến lái và thời gian thực hiện độ dời của thuyền đối với nước bằng nhau không? 6) Từ các điều trên, tìm được độ dời của thuyền đối với nước, căn cứ vào dấu của độ dời để kết luận chiều chuyển động của thuyền. Sau khi rút ra định hướng hành động giải bài toán tổng quát chương CĐLBT, GV cần lưu ý với HS rằng: Các BTPH của chương CĐLBT rất đa dạng và có nhiều loại, chúng được giải theo định hướng hành động vừa mới xây dựng. Tuy nhiên, để nhanh chóng giải BTPH cho từng loại cần phải xây dựng định hướng hành động cho việc giải nó. So với định hướng hành động giải bài toán tổng quát của chương CĐLBT thì định hướng hành động này có những điểm khác biệt, cụ thể trong một vài bước khi thực hiện quá trình giải. 2.6. Phân loại các bài tập phức hợp chương “các định luật bảo toàn” Dựa vào cấu trúc và nội dung để thực hiện tiến trình giảng dạy chương CĐLBT [19, tr.143-196], có thể phân chia các BTPH phổ biến và điển hình chương CĐLBT thành các loại sau: 2.6.1. Bài tập về định luật bảo toàn động lượng Bài tập phức hợp về định luật bảo toàn động lượng gồm các nội dung cụ thể sau: 1) Độ biến thiên động lượng hay xung của lực và xung lực. 2) Va chạm giữa hệ hai vật chuyển động cùng phương. 3) Hệ đứng yên hay đang chuyển động, vật thuộc hệ tách ra khỏi hệ với vận tốc nào đó so với phần còn lại. 4) Hệ người và thuyền ban đầu đứng yên, người chuyển động trên thuyền với vận tốc nào đó so với thuyền. 5) Tên lửa đang chuyển động thì phần đuôi của nó tách ra với vận tốc nào đó so với phần còn lại hay tên lửa phụt ra phía sau (tức thời) một lượng khí với vận tốc nào so với tên lửa. 6) Đạn đang bay theo hướng xác định thì nổ thành hai mảnh, biết chuyển động của một mảnh, xác định chuyển động của mảnh kia. 2.6.2. Bài tập về công và công suất Bài tập phức hợp về công và công suất gồm các nội dung cụ thể sau: 1) Tác dụng của lực làm cho vật chuyển động có gia tốc. xác định công, công suất trung bình, côngsuất tức thời. 2) Động cơ hoạt động với công suất và hiệu suất đã biết, Xác định các đại lượng liên quan. 2.6.3. Bài tập về động năng và định lí động năng Bài tập phức hợp về động năng và định lí động năng: Vật chuyển động dưới tác dụng của nhiều lực, dùng định lí động năng xác định các đại lượng liên quan thay cho phương pháp động lực học. 2.6.4. Bài tập về thế năng và độ biến thiên thế năng Bài tập phức hợp về thế năng và độ biến thiên thế năng gồm các nội dung cụ thể sau: 1) Vật di chuyển trong trọng trường. Xác định thế năng trọng trường với các mức không của thế năng khác nhau, công của trọng lực, độ biến thiên của thế năng trọng trường. 2) Vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi và trọng lực (vật gắn vào đầu trên của lò xo đứng, đầu dưới của lò xo gắn cố định), Xác định thế năng tổng cộng khi vật ở các vị trí khác nhau và một số đại lượng khác. 2.6.5. Bài tập về định luật bảo toàn cơ năng BTPH về định luật bảo toàn cơ năng gồm các nội dung cụ thể sau: 1) Vật chuyển động dưới tác dụng của lực thế. Xác định các đại lượng liên quan nhờ áp dụng định luật bảo toàn cơ năng và các kiến thức phần động lực học. 2) Ngoài lực thế, vật còn chịu tác dụng của các lực không phải lực thế. Vận dụng định luật bảo toàn năng lượng để xác định các đại lượng liên quan. 2.6.6. Bài tập về va chạm đàn hồi và không đàn hồi Bài tập phức hợp về va chạm đàn hồi và không đàn hồi gồm các nội dung sau: 1) Đối với va chạm đàn hồi, áp dụng định luật bảo toàn động lượng và sự bảo toàn động năng (chính là bảo toàn cơ năng) để xác định các đại lượng liên quan. 2) Đối với va chạm mềm, chỉ áp dụng định luật bảo toàn động lượng và kèm theo tính độ giảm tổng động năng sau va chạm. 2.6.7. Bài tập về các định luật Kepler và chuyển động của vệ tinh Bài tập phức hợp về các định luật Kepler và chuyển động của vệ tinh gồm các nội dung cụ thể như sau: 1) Từ các định luật Kepler suy ra hệ quả của nó. 2) Chuyển động động của vệ tinh nhân tạo quanh Trái Đất. Xác định vận tốc dài và chu kì quay của nó. 2.7. Xây dựng hệ thống bài tập chương “các định luật bảo toàn” 2.7.1. Các căn cứ để xây dựng hệ thống bài tập về từng kiến thức cụ thể Việc xây dựng hệ thống bài tập về từng kiến thức cụ thể phải dựa trên những căn cứ lí luận và thực tiễn mang tính khoa học, cụ thể như sau: 1) Phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học trong hoạt động giải BTVL (mục 1.4.3). 2) Mức độ, yêu cầu nắm vững kiến thức cơ bản chương CĐLBT (mục 2.2) và các kĩ năng cơ bản giải bài tập chương CĐLBT (mục 2.3). 3) Thực tế dạy học bài tập chương CĐLBT lớp 10 THPT (mục 2.4). 4) Các yêu cầu chính của việc lựa chọn hệ thống BTVL cho từng nội dung kiến thức, từng đề tài của chương CĐLBT: - Phải bao gồm cả BTCB lẫn BTPH. Trước tiên phải xác định đầy đủ các loại BTCB (sử dụng cả hình thức trắc nghiệm khách quan lẫn trắc nghiệm tự luận) và số lượng BTCB từng loại tương ứng với mỗi kiến thức, mỗi đề tài. Tiếp theo là phải lựa chọn các BTPH đa dạng về phương thức giải, về nội dung và cả về phương pháp giải. Đồng thời, các bài tập phải được sắp xếp từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp về nội dung kiến thức cần phải vận dụng. - Số lượng bài tập của hệ thống bài tập được xây dựng phải đảm bảo phù hợp với thời gian quy định chương trình và thời gian học ở nhà của HS. - Hệ thống bài tập được xây dựng phải gắn liền với những ứng dụng thực tiễn trong kĩ thuật và đời sống . - Hệ thống bài tập phải góp phần khắc phục những vướng mắc chủ yếu, những sai lầm phổ biến của HS trong quá trình học tập. Mỗi bài tập phải đóng góp một phần vào việc phát triển năng lực tư duy độc lập và nâng cao hiệu quả tự học của HS qua việc nắm vững kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, thói quen vận dụng kiến thức đã chiếm lĩnh được. Mỗi bài tập sau phải đem lại cho HS một khó khăn vừa sức và một điều mới lạ nhất định nhằm tạo niềm tin hứng thú trong quá trình học tập, đồng thời việc giải bài tập trước là cơ sở giúp cho HS giải bài tập sau. Theo tác giả Nguyễn Thế Khôi [21, tr. 57], khi xây dựng hệ thống BTPH về từng kiến thức cụ thể, xuất phát từ một số BTCB mà biến đổi thành các dạng khác nhau theo các cách: - Nghịch đảo giữa cái đã cho và cái phải tìm. - Phức tạp hóa cái đã cho. - Phức tạp hóa cái phải tìm. - Phức tạp hóa cả cái đã cho lẫn cái phải tìm. - Ghép nội dung nhiều BTCB với nhau. Các cách này đều có thể được dùng riêng hay phối hợp với nhau để cấu thành BTPH theo những yêu cầu sư phạm mong muốn. Hệ thống BTPH về từng kiến thức cụ thể của chương CĐLBT được xây dựng theo hai hoặc nhiều cách ấy. 2.7.2. Các loại bài tập cơ bản về từng kiến thức cụ thể Căn cứ vào nội hàm mỗi nội dung kiến thức cụ thể của chương CĐLBT, chúng tôi lượng hóa số loại BTCB tối thiểu ứng với mỗi nội dung kiến thức ấy. BTCB về từng kiến thức cụ thể của chương này bao gồm 12 loại. 1) BTCB về định luật bảo toàn động lượng gồm hai loại: - Vận dụng hệ thức liên hệ giữa lực và động lượng, chuyển động bằng phản lực để giải thích một số hiện tượng thực tế có liên quan. - Xác định động lượng của hệ, tìm độ biến thiên động lượng hay xung lượng của lực và xung lực. 2) Bài tập về công và công suất gồm hai loại: - Các bài tập định tính và câu hỏi thực tế về công, công suất và định luật bảo toàn công. - Xác định mối quan hệ định lượng giữa các đại lượng có mặt trong biểu thức công và công suất. 3) Bài tập về động năng và định lý động năng gồm hai loại: - Xác định mối quan hệ định tính giữa các đại lượng trong biểu thức động năng và biểu thức định lí động năng, dùng hai biểu thức này để giải thích hiện tượng thực tế liên quan. - Xác định mối quan hệ định lượng giữa các đại lượng có mặt trong biểu thức động năng và biểu thức định lý động năng. 4) Bài tập về thế năng và độ biến thiên thế năng gồm hai loại: - Bài tập định tính và câu hỏi thực tế. - Xác định mối quan hệ định lượng giữa các đại lượng có mặt trong biểu thức thế năng trọng trường và công trọng lực, thế năng đàn hồi và công của lực đàn hồi. 5) Bài tập vế định luật bảo toàn cơ năng gồm hai loại: - Bài tập định tính và câu hỏi thực tế. - Xác định độ cao hay vận tốc của vật chuyển động trong trường hợp đơn giản khi dùng định luật bảo toàn cơ năng. 6) Bài tập về va chạm đàn hồi và không đàn hồi chỉ có một loại: Quan sát, mô tả và giải thích các hiện tượng thực tế có liên quan. 7) Bài tập về các định luật Kepler và chuyển động vệ tinh có một loại: Bài tập về chuyển động các hành tinh. 2.7.3. Hệ thống bài tập chương “các định luật bảo toàn” Xin lưu ý hai vấn đề về hệ thống bài tập chương CĐLBT lớp 10 THPT ban KHTN dưới đây: - Trong kí hiệu số thứ tự bài tập, số đầu chỉ số thứ tự bài tập về từng kiến thức, số sau chỉ số thứ tự bài tập của hệ thống. - Từ bài 1.11 trở đi, nếu đầu bài không cho và không yêu cầu tính gia tốc rơi tự do thì lấy g = 10 m/s2. 2.7.3.1. Bài tập về định luật bảo toàn động lượng 1) BTCB Loại 1: Vận dụng hệ thức liên hệ giữa lực và động lượng, chuyển động bằng phản lực để giải thích một số hiện tượng thực tế có liên quan. Bài 1.1: Giải thích tác dụng của các dụng cụ sau: a) Tấm đệm đỡ vận động viên nhảy cao hay nhảy sào khi rơi xuống. b) Tấm lưới cứu hộ hứng những người bị kẹt do hỏa hoạn phải nhảy từ tầng cao xuống đất. c) Túi khí tự động bật ra trước tay lái khi có sự cố ô tô va chạm nhau hoặc đâm vào chướng ngại vật. Bài 1.2: Một em bé đang thổi hơi vào quả bong bóng. Khi bóng căng, do sơ ý bóng tuột ra khỏi tay. Quả bóng chuyển động như thế nào? Vì sao? Bài 1.3: Hãy mô tả và giải thích chuyển động của các loài mực và sứa ở trong nước. Bài 1.4: Một phi hành gia rời khỏi tàu và làm việc ngoài khoảng không vũ trụ. Sau khi làm việc xong họ muốn trở về tàu của mình. Hãy đề xuất một phương án đơn giản giúp phi hành gia trở lại tàu. Loại 2: Xác định động lượng của hệ, tìm độ biến thiên động lượng hay xung lượng của lực và xung lực. Bài 1.5: Xác định vectơ động lượng của hệ hai vật có khối lượng m1 = 2 kg và m2 = 4 kg chuyển động với vận tốc v1 = 4 m/s và v2 = 2 m/s trong trường hợp hai vận tốc: a) Cùng chiều. b) Ngược chiều. b) Vuông góc. d) Hợp với nhau một góc 1200. Bài 1.6: Một vật có khối lượng m chuyển động tròn đều với vận tốc v. Sau thời gian bằng nửa chu kỳ độ biến thiên động lượng là: a) mv. b) – mv. c) 2mv. d) – 2mv. 4 t(s) 4 2 0 F (N) 30 Bài 1.7: Đồ thị hình 2.1 biểu diễn sự thay đổi lực tác dụng của hai viên bi khi va chạm theo thời gian. Xung lượng của lực trong quá trình va chạm giữa thời điểm t = 0 và t = 4 s là: a) -30 N. b) -7,5 N. Hình 2.1 c) 30 N. d) 60 N. Bài 1.8: Một quả bóng có khối lượng 400 g được đá với vận tốc 15 m/s tới tay người thủ môn. Người này bắt gọn bóng trong thời gian 0,2 s. Lực mà bóng tác dụng lên tay người trong khoảng thời gian đó là: a) 25 N. b) 30 N. c) 35 N. d) 40 N. 2) BTPH Bài 1.9: Một vật có khối lượng 2 kg chuyển động dọc theo trục ox với phương trình: x = 2t2 – 4t + 3, x tính bằng (m) và t tính bằng (s). Độ biến thiên động lượng của vật sau 5 s là: a) 30 kg.m/s. b) 35 kg.m/s. c) 40 kg.m/s. d) 45 kg.m/s. Bài 1.10: Một quả bóng có khối lượng 400 g chuyển động với vận tốc 10 m/s theo phương ngang, đập vào bức tường và bật ngược trở lại với cùng vận tốc cũ. Biết thời gian va chạm là 0,5 s. Độ biến thiên động lượng của quả bóng và xung lực của tường tác dụng lên quả bóng là: a) 6 kg.m/s và 12 N. b) – 6 kg.m/s và – 12 N. c) 8 kg.m/s và 16 N. d) – 8 kg.m/s và – 16 N. Bài 1.11: Một người có khối lượng 50 kg thả mình rơi tự do từ một cầu nhảy ở độ cao 4 m xuống nước và sau khi chạm mặt nước được 0,5 s thì dừng chuyển động. Lực cản mà nước tác dụng lên người là: a) – 894 N. b) – 884 N. c) – 874 N. d) – 864 N. Bài 1.12: Hình 2.2 là đồ thị biến thiên theo thời gian của lực F tác dụng lên vật đứng yên. Độ biến thiên động lượng của vật trong 6 s và lúc 6 s vận tốc của vật là: a) 30 Ns và 10 m/s. b) 40 Ns và 40/3 m/s. c) 50 Ns và 50/3 m/s. d) 60 Ns và 20 m/s. Hình 2.2 30 F(N) t(s)0 2 6 4 Bài 1.13: Hai xe lăn khối lượng 10 kg và 2,5 kg chuyển động ngược chiều nhau trên một mặt phẳng nằm ngang không ma sát với vận tốc tương ứng là 6 m/s và 3 m/s, đến va chạm với nhau. Sau va chạm, chúng dính vào nhau và chuyển động với cùng một vận tốc là: a) 3,8 m/s. b) 4,2 m/s. c) 4,8 m/s. d) 5,2 m/s. Bài 1.14: Hai vật có khối lượng m1 và m2 chuyển động ngược chiều nhau với vận tốc 3 m/s và 1 m/s tới va chạm vào nhau. Sau va chạm, cả hai đều bật ngược trở lại với cùng vận tốc 2 m/s. Tỉ số khối lượng hai vật là: a) 0,2. b) 0,4. c) 0,6. d) 0,8. Bài 1.15: Một viên bi có khối lượng 300 g chuyển động với vận tốc 2 m/s đến va chạm vào viên bi thứ hai có khối lượng 100 g đang nằm yên trên mặt phẳng ngang. Sau va chạm, cả hai viên bi cùng chuyển động về phía trước, nhưng vận tốc viên bi thứ nhất nhỏ hơn ba lần vận tốc viên bi thứ hai. Tìm vận tốc mỗi viên bi sau va chạm. Bài 1.16: Một người có khối lượng 60 kg đứng trên một toa xe có khối lượng 240 kg đang chạy trên đường ray nằm ngang với vận tốc 4 m/s. Bỏ qua mọi ma sát. Tìm vận tốc của xe, nếu người đó nhảy: a) Về phía sau xe với vận tốc 2 m/s đối với xe. b) Lên phía trước xe cũng với vận tốc 2 m/s đối với xe. c) Vuông góc với thành xe với vận tốc 4 m/s. Bài 1.17: Một chiếc thuyền có chiều dài 2 m và khối lượng 140 kg đang nằm yên trên mặt hồ nước, mũi thuyền hướng thẳng góc vào bờ và cách bờ 0,75 m. Một người có khối lượng 60 kg bắt đầu đi từ mũi đến đuôi thuyền. Hỏi thuyền có cập được bờ không? Bỏ qua ma sát giữa nước và thuyền. Bài 1.18: Một người có khối lượng 50 kg đang đứng ở mũi một con thuyền có khối lượng 150 kg và chiều dài 3m nằm yên trên mặt nước phẳng lặng. Sau dó, người bắt đầu đi về phía đuôi thuyền với vận tốc 1,2 m/s đối với thuyền. Bỏ qua lực cản của nước đối với thuyền. a) Thuyền chuyển động thế nào? Tìm vận tốc của thuyền đối với bờ. b) Khi người đã đi đến cuối thuyền thì độ dời của thuyền là bao nhiêu? Bài 1.19: Em hãy nêu phương án cân một chiếc thuyền đang nằm yên trên mặt hồ phẳng lặng bằng một cái thước thẳng có giới hạn đo 1 m, độ chia nhỏ nhất là 1 cm . Bài 1.20: Một tên lửa có khối lượng 500 kg đang chuyển động với vận tốc 200 m/s thì một phần bị tách ra có khối lượng 200 kg chuyển động ra sau với vận tốc 100 m/s so với phần còn lại. Tìm vận tốc phần còn lại của tên lửa so với đất. Bài 1.21: Một tên lửa có khối lượng tổng cộng M = 10 tấn đang bay với vận tốc vo = 150 m/s đối với đất thì phụt ra phía sau (tức thời) một lượng khí m = 2 tấn với vận tốc v = 450 m/s đối với tên lửa. Tìm vận tốc mới của tên lửa ngay sau đó với giả thiết: a) Vận tốc v được cho đối với tên lửa có vận tốc vo lúc đầu. b) Vận tốc v được cho đối với tên lửa có vận tốc mới. Bài 1.22: Một viên đạn có khối lượng 4 kg đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 385,5 m/s thì nổ thành hai mảnh. Mảnh lớn có khối lượng 2,5 kg bay theo phương chếch lên cao và hợp với đường thẳng đứng một góc 45o với vận tốc 400 m/s. Hỏi mảnh nhỏ bay theo hướng nào và với vận tốc bao nhiêu? Bài 1.23: Khi bay đến điểm cao nhất của quỹ đạo parabol với vận tốc 400 m/s thì viên đạn nổ thành hai mảnh có khối lượng bằng nhau. Một mảnh văng thẳng đứng xuống dưới với vận tốc 600 m/s. Mảnh kia bay theo hướng nào và với vận tốc bao nhiêu? 1.7.3.2. Bài tập về công và công suất 1) BTCB Loại 1: Các bài tập định tính và câu hỏi thực tế về công, công suất và định luật bảo toàn công. Bài 2.24: Khi nào thì một lực tác dụng lên một vật làm vật dịch chuyển nhưng vẫn không sinh công? Bài 2.25: Một vật có trọng lượng 1 N được nâng lên 1 m theo phương thẳng đứng. Trong trường hợp này có thể có công bằng 1 J hay lớn hơn 1 J không? Trong điều kiện nào công bằng 1 J hay lớn hơn 1 J được thực hiện? Bài 2.26: Trong một trò xiếc, hai con khỉ leo dây để cùng đạt độ cao z như nhau từ mặt đất. Con thứ nhất leo dây cố định buộc trên cao, con thứ hai leo dây vắt qua ròng rọc và đầu kia treo một vật nặng. Công do hai con khỉ thực hiện có bằng nhau không? Vì sao? Bài 2.27: Khi chế tạo hộp số dùng trong xe ô tô và xe gắn máy phải dựa vào cơ sở vật lí nào? Bài 2.28: Tại sao các con đường đèo vượt qua núi thường có dạng uốn lượn men dần lên đỉnh núi mà không làm theo một đường thẳng lên dốc? Loại 2: Xác định mối quan hệ định lượng giữa các đại lượng có mặt trong biểu thức công và công suất. Bài 2.29: Một người đưa một vật có khối lượng 6 kg lên độ cao 1 m với vận tốc không đổi rồi mang đi ngang được một độ dời 25 m. Công tổng cộng mà người này thực hiện là: a) 60 J. b) 180 J. c) 1800 J. d) 1860 J. Bài 2.30: Người ta muốn nâng một cái hòm nặng 200 kg lên cao 7,5 m với vận tốc không đổi trong thời gian 5 s. Dùng động cơ nào thích hợp trong các động cơ có công suất sau đây: a) 1 kW. b) 2,5 kW. b) 3,5 kW. d) 6 kW. Bài 2.31: Một thang máy chở người có trọng lượng tổng cộng 8000 N, chuyển động đều và lên cao 25 m. Công toàn phần đã thực hiện là: a) – 160 kJ. b) 0 kJ. c) 160 kJ. d) 320 kJ. 2) BTPH Bài 2.32: Dưới tác dụng của một lực không đổi F = 10 N hợp với phương ngang một góc 30o làm cho vật có khối lượng 2 kg dịch chuyển được độ dời 2 m. Hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng ngang là 0,1. Tính công của các lực tác dụng lên vật và hiệu suất trong trường hợp này. Bài 2.33: Một máy bay trực thăng có khối lượng 3 tấn bắt đầu bay thẳng lên cao với gia tốc 0,25 m/s2. Bỏ qua sức cản của không khí. Hãy tìm: a) Công lực nâng của cánh quạt đã thực hiện khi vận tốc đạt 10 m/s. b) Công suất trung bình của lực nâng trong thời gian nói trên. c) Công suất tức thời tại thời điểm cuối. Bài 2.34: Một vật nặng 1 kg rơi tự do từ độ cao 25 m so với mặt đất. a) Sau 2 s trọng lực thực hiện công bằng bao nhiêu? b) Công suất trung bình của trọng lực trong thời gian 2 s và công suất tức thời tại thời điểm 2 s khác nhau ra sao? Bài 2.35: Mỗi giây một máy bơm có thể bơm được 10 l nước lên bể chứa ở độ cao 15 m. a) Tính công suất máy bơm, nếu bỏ qua mọi hao tổn. b) Thực tế hiệu suất của máy bơm là 70%. Hỏi sau nửa giờ, máy bơm đã thực hiện một công bằng bao nhiêu? Bài 2.36: Một xe ô tô nặng 6 tấn chuyển động đều trên đoạn đường ngang dài 500 m với vận tốc 36 km/h. Công suất của động cơ là 3 kW. a) Tính hệ số ma sát giữa bánh xe với mặt đường và công của lực ma sát trên đoạn đường đó. b) Sau đó xe tăng tốc, chuyển động nhanh dần đều và khi đi thêm đựợc quãng đường 300 m thì vận tốc đạt 14 m/s. Biết hiệu suất của động cơ là 90%. Hãy tìm: - Công suất trung bình của động cơ trên quãng đường đó. - Công suất tức thời và công suất toàn phần của động cơ cuối quãng đường đó. 2.7.3.3. Bài tập về động năng và định lí động năng 1) BTCB Lọai 1: Xác định mối quan hệ định tính giữa các đại lượng trong biểu thức động năng và biểu thức định lí động năng, dùng hai biểu thức này để giải thích hiện tượng thực tế liên quan. Bài 3.37: Động năng của một vật không thay đổi trong trường hợp: a) m không đổi, v tăng gấp hai. b) v không đổi, m tăng gấp hai. c) m giảm 1/2, v tăng gấp bốn. d) v giảm 1/2, m tăng gấp bốn. Bài 3.38: Tác dụng một lực F không đổi làm một vật có khối lượng m dịch chuyển được một độ dời s từ trạng thái nghỉ đến lúc đạt vận tốc v. Nếu tăng lực tác dụng lên n lần thì với cùng độ dời s, vận tốc của vật tăng thêm: a) n lần. b) n lần. c) 2n lần. d) n2 lần. Bài 3.39: Tại sao người tham gia giao thông luôn được nhắc nhở không phóng nhanh vượt ẩu? Hãy giải thích yếu tố “phóng nhanh” có liên quan đến hậu quả nghiêm trọng tai nạn giao thông như thế nào? Loại 2: Xác định mối quan hệ định lượng giữa các đại lượng có mặt trong biểu thức động năng và biểu thức định lý động năng. Bài 3.40: Một máy bay đang bay với vận tốc v đối với mặt đất, bắn ra phía trước một viên đạn có khối lượng m và vận tốc v đối với máy bay. Động năng của viên đạn đối với mặt đất là: a) mv2. b) 2mv2. c) 3mv2. d) 4mv2. Bài 3.41: Một ô tô có khối lượng 2 tấn chuyển động trên đường nằm ngang, sau khi đi được quãng đường 300 m thì vận tốc tăng từ 36 km/h đến 72 km/h. Hợp lực tác dụng lên ô tô có giá trị là: a) 800 N. b) 900 N. c) 1000 N. d) 1100 N. Bài 3.42: Một viên đạn có khối lượng 10 g bay ngang với vận tốc 300 m/s thì xuyên qua tấm gỗ đặt thẳng đứng, dày 5 cm. Sau khi xuyên qua gỗ, viên đạn có vận tốc 100 m/s. Lực cản trung bình của tấm gỗ tác dụng lên viên đạn là: a) – 2.103 N. b) – 4.103 N. c) – 6.103 N. d) – 8.103 N. 2) BTPH Bài 3.43: Một ô tô đang chạy với vận tốc 54 km/h thì lái xe phát hiện vật cản trước mặt cách khoảng 18 m. Lái xe tắt máy và hãm phanh gấp, với lực hãm không đổi và bằng 75% trọng lượng của xe. Hỏi xe có kịp dừng để khỏi đâm vào vật cản hay không? Bài 3.44: Một đầu tàu có khối lượng 200 tấn đang chạy với vận tốc 72 km/h trên đường thẳng nằm ngang. Tàu hãm phanh đột ngột và bị trượt trên quãng đường dài 160 m trong 2 phút thì dừng hẳn. a) Trong quá trình hãm, động năng tàu giảm bao nhiêu? b) Lực hãm tàu coi không đổi. Tìm lực hãm và công suất trung bình lực hãm này. Bài 3.45: Dưới tác dụng của lực kéo không đổi 300 N hợp với phương ngang một góc 30o làm cho khúc gỗ có khối lượng 100 kg từ trạng thái nghỉ di chuyển. Tính vận tốc của khúc gỗ khi dịch chuyển được 20 m. Biết hệ số ma sát giữa khúc gỗ và mặt đường là 0,2. Bài 3.46: Một vật có khối lượng 2 kg chuyển động không ma sát trên đường thẳng ox dưới tác dụng của lực Fx, giá trị đại số Fx biến đổi theo tọa độ x như đồ thị hình 2.3. Biết vận tốc của vật tại x = 0 là 3 m/s. a) Xác định vị trí mà tại đó động năng của vật bằng 9 J. b) Tại vị trí nào trong khoảng 0 m ≤ x ≤ 5 m, động năng của vật đạt giá tri cực đại. Bài 3.47: Từ đỉnh mặt phẳng nghiêng cao 15 m, góc nghiêng 30o, người ta thả vật trượt. Sau khi trượt hết mặt phẳng nghiêng, vật lại tiếp tục trượt trên mặt phẳng ngang. Hệ số ma sát giữa vật và mặt đường trong mỗi trường hợp đều bằng 0,1. Hãy tìm: a) Vận tốc của vật ở cuối mặt phẳng nghiêng. b) Đoạn đường dài nhất vật trượt trên mặt phẳng ngang. 2.7.3.4. Bài tập về thế năng và độ biến thiên thế năng 1) BTCB Loại 1: Bài tập định tính và câu hỏi thực tế. Fx(N) 4 0 1 2 3 4 5 -4 x(m) Hình 2.3 Bài 4.48: Một học sinh cho rằng: Giá trị thế năng phụ thuộc vào mức không tính thế năng nên độ giảm thế năng cũng phụ thuộc mức không tính thế năng. Lập luận của học sinh này có đúng không? Taị sao? Bài 4.49: Thế năng đàn hồi luôn có giá trị dương, nhưng thế năng trọng trường có thể có giá trị dương hoặc âm. Hãy giải thích tại sao? Loại 2: Xác định mối quan hệ định lượng giữa các đại lượng có mặt trong biểu thức thế năng trọng trường và công trọng lực, thế năng đàn hồi và công của lực đàn hồi. Bài 4.50: Một bóng đèn có khối lượng 200 g treo lên trần nhà bằng sợi dây dài 50 cm, trần cao 3 m so với sàn nhà. Thế năng trọng trường của bóng đèn đối với: trần nhà, sàn nhà và vị trí của bóng đèn lần lượt là: a) – 1 J, 5 J và 8 J. b) – 1 J, 3 J và 0 J. c) – 2 J, 5 J và 0 J. d) – 1 J, 5 J và 0 J. Bài 4.51: Một vật có khối lượng 500 g ở độ cao 10 m so với mặt đất. Công của trọng lực thực hiện được khi vật rơi cách mặt đất 4 m là: a) 20 J. b) 30 J. c) 40 J. d) 50 J. Bài 4.52: Khi bị nén 3 cm, một lò xo có thế năng đàn hồi bằng 0,09 J. Độ cứng lò xo là: a) 150 N/m. b) 200 N/m. c) 250 N/m. d) 300 N/m. Bài 4.53: Một lò xo có độ cứng 150 N/m. Khi lò xo bị kéo giản thêm từ 2 cm đến 3,5 cm thì công do lực đàn hồi thực hiện là: a) 0,052 J. b) -0,052 J. c) 0,062 J. d) -0,062 J. 2) BTPH Bài 4.54: Một vận động viên nặng 50 kg trượt tuyết từ đỉnh dốc M đến chân dốc N, có độ cao chênh lệch là 10 m như hình 2.4. z M a) Chọn gốc thế năng tại N. Tìm thế năng trọng trường của người tại M và P có độ cao 5 m. b) Chọn mức không của thế năng ở P. Tìm thế năng trọng trường của người tại M và N. c) Tính công của trọng lực thực hiện khi người này di chuyển từ M đến N trong hai trường hợp trên. Chứng tỏ rằng công này không phụ thuộc mức không của thế năng. Công này có phụ thuộc hình dạng của đường đi không? Tại sao? Bài 4.55: Một vật có khối lượng 2 kg được đặt ở một vị trí trong trọng trường và có thế năng là 400 J. Thả cho vật rơi tự do tới mặt đất, tại đó thế năng của vật là – 600 J. a) Vật đã rơi từ độ cao nào so với mặt đất? b) Xác định vị trí ứng với mức không của thế năng đã chọn. b) Tìm vận tốc của vật khi qua vị trí này. Bài 4.56: Một vành kim loại hình tròn đồng chất có khối lượng 800 g, đường kính 40 cm, được treo vào tường nhờ một cái đinh Đ đóng vuông góc với tường như hình 2.5. a) Tìm thế năng trọng trường của vành nếu chọn mức không của thế năng tại điểm treo. b) Xác định độ biến thiên thế năng khi quay vành một góc 30o quanh điểm treo. Biết vành luôn ở trong mặt phẳng thẳng đứng. ZM ZM P NZN Hình 2.4 Đ . O Hình 2.5 Bài 4.57: Một người thực hiện lần lượt hai lần nâng một khúc gỗ hình trụ dài 1,6 m, đường kính 12 cm và khối lượng 20 kg. a) Lần thứ nhất người này nâng khúc gỗ đang đặt nằm ngang ở mặt đất lên và dựng nó vào bức tường theo góc nghiêng 600 so với mặt đất. Tìm độ biến thiên thế năng trọng trường của khúc gỗ. b) Lần thứ hai người này nâng khúc gỗ đang dựng thẳng đứng từ mặt đất lên ở tư thế nằm ngang và mép dưới cách mặt đất 2 m. Thế năng trọng trường của khúc gỗ tăng hay giảm một lượng bao nhiêu? Bài 4.58: Một lò xo có độ cứng 400 N/m, khối lượng không đáng kể, đặt thẳng đứng, đầu trêncủa lò xo gắn với vật có khối lượng 200 g. Người ta ấn vật đi xuống làm cho lò xo nén một đọ

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdf89901LVVLPPDH012.pdf