Đề tài Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm chuyển động thẳng để phục vụ dạy học phần cơ học trong chương trình sách giáo khoa lớp 10 trung học phổ thông

MỤC LỤC Mục lục………………………………………………………………………………….1 Danh mục các kí hiệu viết tắt…………………………………………………………....4 MỞ ĐẦU………………………………………………………………………………..5 Lí do chọn đề tài……………………………………………………………….... 5 Mục đích nghiên cứu……………………………………………………………..6 Khách thể và đối tượng nghiên cứu……………………………………………....6 Giả thuyết khoa học……………………………………………………………....7 Nhiệm vụ nghiên cứu…………………………………………………………….7 Các phương pháp nghiên cứu………………………………………………….....7 Những đóng góp của đề tài…………………………………………………….....8 Cấu trúc khóa luận………………………………………………………………..8 PHẦN NỘI DUNG……………………………………………………………………..9 Chương I: Cơ sở lí luận của việc sử dụng thí nghiệm trong tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh…………………………………………………………..…....9 Mục tiêu, nhiệm vụ dạy học vật lí ở trường phổ thông………………….…….....9 Quá trình dạy học vật lí…………………………………………………...……...10 Quá trình dạy học.............................................................................................10 Quá trình dạy học vật lí...................................................................................10 Phương pháp dạy học vật lí....................................................................................15 3.1 Hệ thống các phương pháp dạy học.................................................................15 3.2 Lựa chọn và sử dụng phối hợp các phương pháp dạy học ..............................16 4. Các bước cần tiến hành để thiết kế phương án dạy một tiết học..............................16 5. Thí nghiệm trong dạy học vật lí................................................................................16 5.2 Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lí.........................................17 5.3 Các loại thí nghiệm trong dạy học vật lí..........................................................18 5.4 Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đối với việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí.................................................................20 Kết luận chương I............................................................................................................23 Chương II: Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng để phục vụ dạy học phần cơ học trong chương trình SGK Vật lí 10 THPT..................24 Yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học một số kiến thức về chuyển động thẳng trong chương trình vật lí 10...........................................................................24 Chuyển động thẳng đều........................................................................................24 Khảo sát thực nghiệm chuyển động thẳng...........................................................24 Chuyển động thẳng biến đổi đều..........................................................................25 Định luật I Niu – tơn............................................................................................25 Định luật II Niu – tơn...........................................................................................26 Định luật III Niu – tơn..........................................................................................26 Định luật bảo toàn động lượng............................................................................26 Các bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng đã có............................................27 Bộ thí nghiệm cần rung ........................................................................................27 Bộ thí nghiệm băng đệm khí .................................................................................28 Bộ thí nghiệm máng CT 10-2 ...............................................................................29 Bộ thí nghiệm tương tác giữa hai xe lăn...............................................................29 Bộ thí nghiệm sử dụng đồng hồ tương tác từ....................................................... 30 Bộ thí nghiệm định luật III Niu – tơn ...................................................................31 Thiết kế bộ thí nghiệm............................................................................................... 33 Ý tưởng..................................................................................................................33 Mô hình bộ thí nghiệm.........................................................................................35 Chế tạo bộ thí nghiệm.................................................................................................35 Tiến hành thí nghiệm...................................................................................................40 Thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng đều....................................................40 Thí nghiệm nghiên cứu chuyển động nhanh dần đều............................................42 Thí nghiệm nghiên cứu định luật II Niu – tơn.......................................................44 Thí nghiệm nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng........................................45 Thí nghiệm nghiên cứu định luật III Niu – tơn......................................................47 Nhận xét bộ thí nghiệm sau khi chế tạo......................................................................52 Những điểm mới....................................................................................................52 Hướng phát triển..................................................................................................52 Soạn thảo tiến trình dạy học sử dụng bộ thí nghiệm...................................................53 Chuyển động thẳng đều.........................................................................................53 Chuyển động thẳng biến đổi đều...........................................................................56 Định luật I Niu – tơn.............................................................................................60 Định luật II Niu – tơn............................................................................................63 Định luật III Niu – tơn...........................................................................................67 Định luật bảo toàn động lượng.............................................................................72 Kết luận chương II...........................................................................................................78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................................................79 Lời cảm ơn.........................................................................................................................80 Tài liệu tham khảo.............................................................................................................81 Phụ lục...............................................................................................................................82 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Thứ tự Chữ viết tắt Nội dung 1 GS Giáo sư 2 PGS Phó giáo sư 3 TS Tiến sĩ 4 PTS Phó tiến sĩ 5 NXB Nhà xuất bản 6 SGK Sách giáo khoa 7 THPT Trung học phổ thông 8 THCS Trung học cơ sở MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Chúng ta đang sống trong thời đại mà cuộc cách mạng khoa học – kỹ thuật và công nghệ đang diễn ra hết sức mạnh mẽ, nó tạo cơ sở mới cho sự phát triển của xã hội, nâng cao đời sống của con người. Để theo kịp sự phát triển của khoa học và công nghệ, để hòa nhập vào nền kinh tế tri thức trong thế kỉ XXI, sự nghiệp giáo dục cũng phải nhanh chóng đổi mới nhằm đào tạo thế hệ trẻ phát triển nhân cách toàn diện có đức có tài, có trí tuệ thông minh, có tư tưởng thẩm mĩ, có sức khỏe dồi dào, sẵn sàng thực hiện nghĩa vụ lao động và bảo vệ tổ quốc, tạo nên nhân cách người Việt Nam vừa truyền thống, vừ hiện đại, phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới. Nhưng trên thực tế, quá trình giáo dục chưa đáp ứng được mục tiêu đã đề ra. Nền giáo dục của ta chưa thực sự đào tạo được thế hệ trẻ đáp ứng được với xu thế phát triển của thế giới. Chúng ta thiếu những con người có tính năng động cá nhân, có tư duy sáng tạo, có kĩ năng thực hành giỏi và tác phong công nghiệp. Tình hình đó đòi hỏi nền giáo dục phải được làm một cuộc cách mạng toàn diện, sâu sắc và triệt để. Trong đó, mấu chốt là đổi mới toàn bộ quá trình dạy học bao gồm nhiều thành tố: nội dung dạy học, phương pháp dạy học, hình thức tổ chức dạy học, cách thức kiểm tra, đánh giá kết quả học tập. [1] Nói cách khác, quá trình dạy học là một quá trình dưới sự lãnh đạo, tổ chức, điều khiển của người giáo viên, người học tự giác, tích cực, chủ động tự tổ chức, tự điều khiển hoạt động nhận thức của mình nhằm thực hiện những nhiệm vụ dạy học. Sự đổi mới phải làm cho quá trình dạy học vừa đảm bảo tính khoa học vừa đảm bảo phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh. Nghị quyết hội nghị lần thứ IV Ban chấp hành Trung ương Đảng cộng sản Việt Nam khóa VII về tiếp tục đổi mới sự nghiệp giáo dục và đào tạo đã chỉ rõ “Đổi mới phương pháp dạy và học ở tất cả các cấp học, bậc học…áp dụng những biện pháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề”. [8] Triển khai nghị quyết đó, ngành giáo dục nước ta đã và đang có nhiều đổi mới về mục tiêu, chương trình, nội dung sách giáo khoa, phương pháp dạy học... Trong đó có môn vật lí trung học phổ thông. Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, con đường tìm ra kiến thức vật lí cũng có những điểm khác biệt so với những môn học khác. Muốn quá trình dạy học vật lí diễn ra vừa khoa học, vừa phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh thì bài học không thể thiếu các bài thí nghiệm thực hành. Tuy nhiên, qua tìm hiểu tình hình dạy học môn vật lí ở trường phổ thông, kết quả chỉ ra rằng: thực trạng dạy học vật lí hiện nay không đáp ứng được tính khoa học thực nghiệm của bộ môn vật lí. Tình trạng thiếu thiết bị, dụng cụ hoặc có nhưng chất lượng thấp, không đồng bộ là hiện tượng phổ biến ở hầu hết các trường phổ thông, đây là một lí do khiến nhiều giáo viên dạy không có thí nghiệm. Một số trường có thiết bị nhưng ngay cả thí nghiệm biểu diễn giáo viên cũng ít làm vì nhiều lí do, học sinh thường chẳng bao giờ được làm thí nghiệm trực diện mà chủ yếu là học “chay”. Do đó không phát huy được tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh, giảm tính hấp dẫn của bộ môn vật lí đối với học sinh. Như vậy, lí luận và thực tiễn đã chỉ ra rằng các thí nghiệm thực hành vật lí đóng vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình giảng dạy. Trong chương trình vật lí phổ thông, kiến thức liên quan đến chuyển động thẳng (chuyển động thẳng đều, biến đổi đều, định luật I, II, III Niu tơn, định luật bảo toàn động lượng) là phần kiến thức cơ bản của cơ học. Hiện tại đã có nhiều bộ thí nghiệm nghiên cứu phần này. Có thể kể đến các bộ thí nghiệm: bộ cần rung điện, bộ băng đệm khí và bộ máng CT 10 -2, bộ thí nghiệm về lực tương tác giữa hai xe lăn. Tuy nhiên, các bộ thí nghiệm đó chưa đáp ứng một cách tốt nhất nhu cầu người sử dụng. Để giải quyết vấn đề trên, chúng tôi nhận thấy cần nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm mới, khắc phục được các khó khăn của các bộ thí nghiệm cũ. Và sau đó, sử dụng bộ thí nghiệm mới vào dạy học sao cho hiệu quả. Với những lí do trên, chúng tôi đã chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm chuyển động thẳng để phục vụ dạy học phần cơ học trong chương trình SGK lớp 10 THPT” 2. Mục đích nghiên cứu - Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng khắc phục được những nhược điểm của các bộ thí nghiệm đã có trước đó. - Soạn thảo tiến trình dạy học các bài học có sử dụng bộ thí nghiệm nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh. 3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu - Khách thể nghiên cứu: tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh - Đối tượng nghiên cứu: tính tích cực tự chủ sáng tạo của học sinh trong hoạt động học tập kiến thức về chuyển động thẳng. 4. Giả thuyết khoa học Ở nhiều trường phổ thông, dạy học phần kiến thức liên quan đến chuyển động thẳng (SGK Vật lí 10 NC) chưa phát huy được tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh. Tồn tại tình trạng đó là do giáo viên chưa tổ chức được quá trình dạy học hợp lí, các bộ thí nghiệm đã có còn nhiều bất tiện gây khó khăn cho giáo viên khi đổi mới quá trình dạy học. Nếu thiết kế, chế tạo được một bộ thí nghiệm mới khắc phục được những nhược điểm của bộ thí nghiệm cũ và sử dụng bộ thí nghiệm mới vào dạy học một cách thích hợp thì sẽ phát huy được tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh khi học tập kiến thức về chuyển động thẳng. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng cơ sở lí luận cho đề tài cần nghiên cứu: tổng hợp kiến thức về giáo dục học, tâm lí học, lí luận dạy học để xây dựng cơ sở lí luận cho đề tài. - Nghiên cứu thực tế dạy học bài “ Chuyển động thẳng đều; Chuyển động thẳng biến đổi đều; Định luật I, II, III Niu- tơn; Định luật bảo toàn động lượng ”ở lớp 10 thuộc một số trường THPT nhằm tìm hiểu tình hình dạy học các bài này, trong đó có thực trạng thiết bị thí nghiệm ở trường phổ thông. Từ đó, xác định được các thiết bị thí nghiệm cần chế tạo, hoàn thiện. Đồng thời, việc nghiên cứu thực tế dạy học cũng còn nhằm phát hiện những khó khăn, sai lầm phổ biến của học sinh trong quá trình học tập và nguyên nhân của chúng. - Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng khắc phục được những nhược điểm của các bộ thí nghiệm đã có trước đó. Phân tích kiến thức về chuyển động thẳng, từ đó đặt ra nhiệm vụ cần thiết kế bộ thí nghiệm như thế nào, tìm hiểu các bộ thí nghiệm đã có xem đã đáp ứng được nhu cầu chưa, còn cần bổ sung gì; thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm mới theo yêu cầu đã đặt ra. - Soạn thảo tiến trình dạy học các bài học có sử dụng bộ thí nghiệm: dựa vào các kết luận thu được từ phần cơ sở lí luận để soạn thảo tiến trình dạy học phát huy được tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh. 6. Các phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lí luận: nghiên cứu các vấn đề là cơ sở lí thuyết cho đề tài; nghiên cứu tài liệu về lí luận dạy học hiện đại, SGK, sách giáo viên,…soạn thảo các kiến thức liên quan đến chuyển động thẳng. - Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về việc thiết kế, chế tạo một số thiết bị thí nghiệm. - Phương pháp điều tra thăm dò : điều tra tình trạng của việc dạy học các kiến thức về chuyển động thẳng ở trường phổ thông, điều tra hiện trạng của các bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng đã có. - Phương pháp thống kê toán học được sử dụng trong quá trình xử lí các số liệu thực nghiệm. 7. Những đóng góp của đề tài - Hệ thống kiến thức về lí luận dạy học vật lí: phân biệt quá trình dạy học, phương pháp dạy học và quá trình nghiên cứu khoa học tìm ra cái mới, phương pháp nhận thức. - Tổng kết các công việc cần tiến hành để thiết kế phương án dạy học một tiết học soa cho vừa đảm bảo tính khoa học vừa phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh. - Chế tạo thành công bộ thí nghiệm nghiên chuyển động thẳng bao gồm: 1 máng với 2 đường ray dẫn điện, bộ phận đo góc nghiêng, 1 súng cung cấp vận tốc, 2 xe gắn đồng hồ tương tác từ. - Sử dụng bộ thí nghiệm, soạn thảo được tiến trình dạy học các bài: chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi đều, định luật I Niu tơn, định luật II Niuton, định luật III Niu tơn, định luật bảo toàn động lượng. 8. Cấu trúc khóa luận Khóa luận gồm ba phần: phần mở đầu, phần nội dung, phần kết luận và kiến nghị. Ở phần mở đầu, khóa luận nêu lên đặc điểm chung của đề tài, phần này gồm có 8 mục nhỏ. Phần nội dung trình bày toàn bộ quá trình thực hiện đề tài. Phần này gồm hai chương: chương 1 nêu lên cơ sở lí luận của đề tài, chương hai trình bày nội dung, kết quả các công việc mà khóa luận đã nghiên cứu được. Phần kết luận và kiến nghị tổng kết lại quá trình thực hiện đề tài và nêu một vài kiến nghị, mong muốn trong quá trinhg thực hiện đề tài. PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH KHI DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG Mục tiêu, nhiệm vụ dạy học vật lí ở trường phổ thông [1] Mục tiêu của giáo dục Việt Nam là đào tạo thế hệ trẻ phát triển nhân cách toàn diện có đức có tài, có trí tuệ thông minh, có tư tưởng thẩm mĩ, có sức khỏe dồi dào, sẵn sàng thực hiện nghĩa vụ lao động và bảo vệ tổ quốc, tạo nên nhân cách người Việt Nam vừa truyền thống, vừ hiện đại, phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới. Theo đó, dạy học có ba nhiệm vụ cơ bản sau: Nhiệm vụ 1: Điều khiển, tổ chức học sinh nắm vững hệ thống tri thức phổ thông cơ bản và hiện đại, phù hợp với thực tiễn đất nước về tự nhiên, xã hội – nhân văn, đồng thời rèn luyện cho họ hệ thống kĩ năng, kĩ xảo tương ứng. Nhiệm vụ 2: Tổ chức, điều khiển học sinh hình thành, phát triển năng lực và phẩm chất trí tuệ, đặc biệt là năng lực tư duy độc lập, sáng tạo Nhiệm vụ 3: Tổ chức, điều khiển học sinh hình thành cơ sở thế giới quan khoa học, những phẩm chất đạo đức nói riêng và phát triển nhân cách nói chung. Các mục tiêu, nhiệm vụ dạy học chủ yếu được thực hiện thông qua dạy các môn học. Mỗi môn học có đặc điểm của mình và có thể thực hiện nhiệm vụ chung đó bằng các cách khác nhau. [2] Môn vật lí ở trường phổ thông có những đặc điểm cơ bản sau: Vật lí học nghiên cứu các hình thức vận động cơ bản nhất của vật chất, cho nên các kiến thức vật lí là cơ sở của nhiều ngành khoa học tự nhiên, nhất là hóa học và sinh học. Vật lí học ở trường phổ thông chủ yếu là vật lí thực nghiệm, phương pháp của nó chủ yếu là phương pháp thực nghiệm. Nhiều kiến thức vật lí có liên quan chặt chẽ với các vấn đề cơ bản của triết học Vật lí học là cơ sở lí thuyết của việc chế tạo máy móc, thiết bị dùng trong đời sống và sản xuất. Vật lí là khoa học chính xác, đòi hỏi có kĩ năng quan sát thực tế, khéo léo tác động vào tự nhiên khi làm thí nghiệm, có tư duy logic chặt chẽ, biện chứng, trao đổi thảo luận để khẳng định chân lí. Do đó nhiệm vụ dạy học vật lí ở trường phổ thông bao gồm: Trang bị cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, hiện đại, có hệ thống, bao gồm : Các khái niệm vật lí Các định luật vật lí cơ bản Nội dung chính của thuyết vật lí Các ứng dụng quan trọng nhất của vật lí trong đời sống và sản xuất Các phương pháp nhận thức phổ biến dùng trong vật lí Phát triển tư duy khoa học ở học sinh: rèn luyện những thao tác, hành động, phương pháp nhận thức cơ bản nhằm chiếm lĩnh kiến thức vật lí, vận dụng sáng tạo để giải quyết vấn đề trong học tập và hoạt động thực tiễn sau này. Bồi dưỡng cho học sinh thế giới quan duy vật biện chứng, giáo dục lòng yêu nước, thái độ đối với người lao động, đối với cộng đồng và những đức tính khác. Góp phần giáo dục kĩ thuật thuật tổng hợp và hướng nghiệp cho học sinh, làm cho học sinh nắm được những nguyên lí cơ bản về cấu tạo và hoạt động của máy móc được dùng trong nền kinh tế quốc dân. Có kĩ năng sử dụng các dụng cụ thí nghiệm vật lí phổ biến, kĩ năng lắp ráp thiết bị, vẽ biểu đồ,…. Những kiến thức, kĩ năng đó giúp học sinh nhanh chóng thích ứng với hoạt động lao động sản xuất trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. 2. Quá trình dạy học vật lí 2.1 Quá trình dạy học Nhiệm vụ dạy học vật rất phức tạp và nặng nề. Tất cả những nhiệm vụ đó được thực hiện thông qua quá trình dạy học. Quá trình dạy học là một quá trình dưới sự lãnh đạo, tổ chức, điều khiển của người giáo viên, người học tự giác, tích cực, chủ động tự tổ chức, tự điều khiển hoạt động nhận thức – học tập của mình nhằm thực hiện những nhiệm vụ dạy học. 2.2 Quá trình dạy học vật lí Vật lí là một môn khoa học thực nghiệm, quá trình dạy học vật lí cũng có những đặc điểm riêng của nó. 2.2.1 Quá trình dạy học vật lí diễn ra một cách khoa học Để quá trình dạy học diễn ra một cách khoa học thì cách tốt nhất là quá trình này cũng phải phỏng theo quá trình nhận thức khoa học. Đối với quá trình dạy học vật lí cũng như vậy. Quá trình nhận thức khoa học trong vật lí [3] Con đường nhận thức khoa học, nhận thức chân lí khách quan được V.I Lênin chỉ ra: “ Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng rồi từ tư duy trừu tượng trở về thực tiễn, đó là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lí, của sự nhận thức thực tế khách quan.” Là một môn khoa học thực nghiệm, con đường nhận thức khoa học vật lí cũng tuân theo quy luật chung đã được Lê nin chỉ ra nhưng nó mang nét đặc thù của vật lí học. Trên cơ sở khái quát những phát biểu của các nhà vật lí học nổi tiếng, V.G.Razumopxki đã trình bày chu trình sáng tạo khoa học: Mô hình (giả thuyết trừu tượng) Các hệ quả suy ra từ mô hình Các sự kiện xuất phát Kiểm tra bằng thực nghiệm Sơ đồ 1 Từ sự khái quát những sự kiện xuất phát đi đến xây dựng mô hình trừu tượng (có tính chất như một giả thuyết); từ mô hình rút ra hệ quả lí thuyết ( bằng suy luận logic hay suy luận toán học); sau đó kiểm tra bằng thực nghiệm những hệ quả đó. Nếu những kết quả rút ra từ thực nghiệm phù hợp với hệ quả dự đoán từ mô hình lí thuyết thì mô hình giả thuyết được thừa nhận và trở thành chân lí. Ngược lại thì mô hình cần phải được xem xét lại, chỉnh lí hay thay đổi nó. Quá trình dạy học phỏng theo quá trình nhận thức khoa học trong vật lí Để tập cho học sinh thói quen tư duy, nghiên cứu vật lí, quá trình dạy học vật lí cần phỏng theo quá trình nhận thức khoa học trong vật lí. [3] Theo đó, quá trình dạy học có thể biểu diễn bằng sơ đồ: Chọn lọc, xây dựng thông tin về đối tượng cần nghiên cứu (thông qua quan sát thực nghiệm hoặc qua phân tích, suy luận lí thuyết) Phát hiện mâu thuẫn cần giải quyết hay vấn đề mới cần nghiên cứu? Đưa ra mô hình giả thuyết (giả thuyết khoa học về tính chất mới, mối quan hệ mới…) Suy ra các hệ quả từ mô hình (thường là các kêt luận có thể kiểm tra bằng thực nghiệm) Kiểm tra các hệ quả bằng thực nghiệm Phát biểu kết luận khoa học ( thuộc tính, mối quan hệ mới,…của đối tượng) Vận dụng kiến thức Sơ đồ 2 Các phương pháp xây dựng giả thuyết khoa học: [4] Trong nghiên cứu vật lí, có 4 phương pháp nhận thức cơ bản để xấy dựng giả thuyết khoa học: Phương pháp thực nghiệm: giả thuyết được xây dựng bằng cách tổng hợp các kết quả thu được khi quan sát thực tế, khi tiến hành thí nghiệm. Phương pháp thí nghiệm lí tưởng: giả thuyết được xây dựng theo các bước: Tưởng tượng ra một mô hình thí nghiệm (thí nghiệm này không thể làm được trong thực tế do các điều kiện tiến hành nó là lí tưởng, không thể có) Dùng các thao tác tư duy phân tích những tiến trình khả dĩ của hiện tượng dựa vào quy luật vận động của mô hình. Phân tích kết luận thu được để đưa ra giả thuyết khoa học Phương pháp tương tự: giả thuyết được xây dựng theo các bước: Tập hợp các dấu hiệu đã có của đối tượng cần nghiên cứu và đối tượng đã có những hiểu biết phong phú định đem đi đối chiếu. Phân tích những dấu hiệu giống và khác nhau giữa chúng Truyền các dấu hiệu của đối tượng đã biết cho đối tượng cần nghiên cứu để hình thành giả thuyết Phương pháp mô hình: giả thuyết được xây dựng theo các bước: Nghiên cứu các tính chất của đối tượng gốc Xây dựng mô hình: dùng các thao tác tư duy (có thể là sự tương tự), hình dung sơ bộ về sự vật, đi đến một mô hình sơ bộ . Mô hình này trở thành mẫu để nhà nghiên cứu tiếp tục xây dựng một mô hình thật (nếu đó là mô hình vật chất) hoặc đối chiếu mô hình của mình với những vật đã biết (nếu đó là mô hình lí thuyết). Thao tác trên mô hình suy ra hệ quả, hệ quả này là giả thuyết cần xây dựng Dựa vào đó cóa thể chia các phương pháp xây dựng mô hình giả thuyết trong quá trình dạy học vật lí như sau: Phương pháp thực nghiệm Phương pháp lí thuyết: bao gồm: Phương pháp thí nghiệm lí tưởng Phương pháp tương tự Phương pháp giải các bài toán vật lí: dựa vào các kiến thức đã có, tổng hợp, phân tích, biến đổi để rút ra mô hình giả thuyết. Phương pháp này được xây dựng do đặc điểm khác biệt của quá trình dạy học và quá trình nhận thức khoa học trong vật lí. Trong nhận thức khoa học, các phép biến đổi đơn giản từ những kiến thức đã có chưa cho phép tạo ra tri thức mới cho nhân loại nhưng trong quá trình dạy học, các phép biển đổi đó lại mang đến hiểu biết mới cho học sinh. Phương pháp mô hình: phương pháp này đòi hỏi cả những tư duy, biến đổi mang tính lí thuyết và cả những thao tác trên mô hình mang tính thực nghiệm. Quá trình dạy học vật lí phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo ở học sinh [3] Thành tựu quan trọng nhất của tâm lí học phát triển làm cơ sở cho việc tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh một cách tích cực, tự chủ, sáng tạo là hai lí thuyết phát triển nhận thức của Piaget (1896-1983) và Lev Vygosky (1869-1934). Piaget (1896-1983) đã nghiên cứu quá trình phát triển trí tuệ với phương pháp tiếp cận duy vật biện chứng và đi đến kết luận: tri thức nảy sinh từ hoạt động. Vì “ tri thức nảy sinh từ hoạt động” nên dạy học phải lấy người học làm trung tâm. Thầy ( tác nhân) Trò ( chủ thể ) Hướng dẫn Tự nghiên cứu Tổ chức Tự thể hiện Trọng tài, cố vấn, kết luận Tự kiểm tra, tự điều chỉnh kiểm tra Sơ đồ 3 Theo Lev Vygosky (1869-1934)., chỗ tốt nhất cho sự phát triển nhận thức là vùng phát triển gần. Vùng đó là khoảng giữa trình độ phát triển hiện đại (được xác định bằng trình độ độc lập giải quyết vấn đề) và trình độ phát triển gần nhất (học sinh có thể đạt được với sự phát triển của người lớn hay bạn hữu khi giải quyết vấn đề ). Nghĩa là đầu tiên học sinh có thể hiểu một phần công việc nhưng nhờ có giải thích, biểu diễn, hướng dẫn của người khác, học sinh hiểu được toàn bộ công việc tức là họ đã vượt qua được vùng phát triển gần và có thể độc lập thực hiện công việc đó. Như vậy học thuyết vùng phát triển gần dẫn đến một kết luận quan trọng: chỉ có sự dạy học đi trước sự phát triển một bước mới là dạy học tốt. Vì thế cho nên, dạy học phải được tiến hành theo tiến trình nêu và giải quyết vấn đề, trong đó, vấn đề phải vừa sức, rơi đúng vào vùng phát triển gần của học sinh. Tóm lại, từ những hiểu biết về quá trình dạy học nói chung và quá trình dạy học vật lí nói riêng, ta có thể kết luận: để quá trình dạy học vật lí diễn ra đúng theo quy luật của quá trình dạy học nói chung, đảm bảo tính khoa học và phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của học sinh thì quá trình đó cần: Diễn ra theo con đường dạy học nêu và giải quyết vấn đề, vấn đề đặt ra phải vừa sức, rơi đúng vào vùng phát triển gần. Phỏng theo quá trình nhận thức khoa học trong vật lí. Tùy vào kiến thức cụ thể mà chọn phương pháp xây dựng mô hình giải quyết cho phù hợp. Phát huy tối đa hoạt động của học sinh trong quá trình nêu và giải quyết vấn đề. 3. Các phương pháp dạy học vật lí [1] Phương pháp dạy học là cách thức hoạt động phối hợp thống nhất của giáo viên và học sinh trong quá trình dạy học được tiến hành dưới vai trò chủ đạo của giáo viên nhằm thực hiện tối đa mục tiêu và nhiệm vụ dạy học. Hệ thống các phương pháp dạy học vật lí cũng tuân theo hệ thống các phương pháp dạy học nói chung. 3.1 Hệ thống các phương pháp dạy học Các phương pháp dạy học dùng ngôn ngữ Phương pháp thuyết trình Phương pháp vấn đáp Phương pháp sử dụng SGK và tài liệu Các phương pháp dạy học trực quan Phương pháp quan sát Phương pháp minh họa Phương pháp biểu diễn thí nghiệm Các phương pháp dạy học trực quan Phương pháp luyện tập Phương pháp thực hành thí nghiệm Các phương pháp hoạt động cao (chiếm ưu thế trong phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh) Phương pháp động não Phương pháp trò chơi Phương pháp đóng kịch Phương pháp tình huống Phương pháp dạy học theo dự án 3.2 Lựa chọn và sử dụng phối hợp các phương pháp Sau khi đã lựa chọn được con đường xây dựng kiến thức (con đường nêu và giải quyết vấn đề phỏng theo quá trình nhận thức khoa học ) thì cần lựa chọn phương pháp dạy học. Phương pháp dạy học là cách thức phối hợp hoạt động của giáo viên và học sinh trên con đường mà ta đã lựa chọn. Có thể đó là: giáo viên thuyết trình, học sinh nghe; giáo viên và học sinh tiến hành hỏi đáp; dùng tài liệu; giáo viên tiến hành thí nghiệm hoặc học sinh thực hành thí nghiệm;…giáo viên tổ chức cho học sinh đóng kịch; tổ chức cho học sinh tiến hành một dự án… Tùy từng kiến thức, điều kiện cụ thể mà giáo viên chọn một hoặc nhiều phương pháp và phối hợp chúng với nhau. Cách lựa chọn, phối hợp các phương pháp dạy học quyết định sự phát huy hoạt động của học sinh trong tiết học đó, ảnh hưởng lớn đến mục tiêu phát triển tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh. Việc lựa chọn, phối hợp các phương pháp dạy học sao cho hợp lí phụ thuộc lớn vào trình độ và kinh nghiệm của giáo viên. 4. Các bước cần tiến hành để thiết kế phương án dạy học một tiết học - Bước 1: Đọc, phân tích kiến thức cần dạy, từ đó tìm được những vấn đề lớn cần dạy trong tiết học. Giải quyết mỗi vấn đề đó sẽ tìm ra kiến thức mới. - Bước 2: Phân tích xem có những con đường nào làm nảy sinh, giải quyết vấn đề đó. Tùy vào mục tiêu muốn rèn luyện điều gì ở học sinh mà lựa chọn con đường cho phù hợp. Vẽ sơ đồ xây dựng kiến thức đảm bảo các ý sau: sơ đồ thể hiện rõ tiến trình nêu và giải quyết vấn đề như sơ đồ 1; con đường nêu và giải quyết vấn đề thể hiện như sơ đồ 3 và phương pháp xây dựng đã được chọn lựa. - Bước 3: Lựa chọn phương pháp dạy học: cùng một con đường xây dựng kiến thức có thể lựa chọn phối hợp nhiều phương pháp một cách linh động nhưng để phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh thì phương pháp đó nên nằm trong nhóm phương pháp huy động tối đa hoạt động của học sinh. - Bước 4: Soạn thảo tiến trình dạy học cụ thể 5. Thí nghiệm trong dạy học vật lí [2] Thí nghiệm vật lí là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận tri thức mới. Thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học. Trước hết có ý nghĩa quan trọng như một yếu tố không thể tách rời của quá trình nhận thức, dưới sự chỉ đạo của giáo viên cùng sự đóng góp vô cùng quan trọng của các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, các thí nghiệm vật lí giúp học sinh đạt hiệu quả cao trong học tập cũng như rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành. Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông Các chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của lí luận nhận thức - Thí nghiệm là phương tiện để thu nhận tri thức: thí nghiệm được sử dụng để thu nhận những kiến thức đầu tiên về đối tượng, tạo điều kiện để học sinh đưa ra giả thuyết - Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của kiến thức thu được: Trong nhiều trường hợp, kết quả của thí nghiệm phủ nhận tính đúng đắn của tri thức đã biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại phải kiểm tra giả thuyết mới này ở các thí nghiệm khác. Nhờ vậy ta sẽ được những tri thức có tính khái quát hơn, bao hàm các tri thức đã biết trước đó như là các trường hợp riêng. Trong nhiều trường hợp khác, thí nghiệm được dùng để kiểm tra tính đúng đắn của những kiến thức rút ra bằng suy luận logic chặt chẽ từ các kiến thức đã biết. - Thí nghiệm là phương tiện tạo cơ sở của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn: Trong chương trình vật lí ở phổ thông đề cập tới một loạt các ứng dụng của vật lí trong đới sống và sản xuất, khi đó, thí nghiệm không những cho học sinh thấy được sự vận dụng trong thực tiễn của các kiến thức vật lí mà còn là bằng chứng sự đúng đắn của các kiến thức này. - Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí: bồi dưỡng cho học sinh hai phương pháp nhận thức phổ biến trong nghiên cứu vật lí ( phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình ) Các chức năng của thí nghiệm theo quan điểm lí luận dạy học - Thí nghiệm có thể sử dụng trong tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học: đề xuất vấn đề cần nghiên cứu;hình thành kiến thức, kỹ năng mới; củng cố kiến thức, kĩ năng; kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng mà học sinh đã thu được. - Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của học sinh: Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo về vật lí của học sinh. Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lí, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh. Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dưỡng các phẩm chật đạo đức của học sinh. Thí nghiệm là phương tiện đơn giản và trực quan trong dạy học vật lí Thí nghiệm là phương tiện giúp ta có thể nghiên cứu các hiện tượng, quá trình trong những điều kiện có thể khống chế được, dễ dàng đi tới nhận thức về nguyên nhân, bản chất của hiện tượng hay các mối quan hệ có tính quy luật giữa chúng với nhau trong việc nghiên cứu các lĩnh vực vật lí. Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp học sinh nhanh chóng thu được thông tin chân thực về hiện tượng, quá trình vật lí. Đặc biệt là trong nghiên cứu những lĩnh vực mà con người không thể tri giác trực tiếp bằng các giác quan thì sử dụng thí nghiệm mô hình là không thể thiếu được. Các loại thí nghiệm sử dụng trong dạy học vật lí Có 2 loại thí nghiệm được sử dụng trong dạy học vật lí ở trường phổ thông: + Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên + Thí nghiệm thực tập của học sinh 5.2.1 Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên Thí nghiệm biểu diễn được giáo viên tiến hành trên lớp, trong các giờ học kiến thức mới hoặc củng cố kiến thức của học sinh. Căn cứ vào mục đích lí luận dạy hoc của thí nghiệm biểu diễn trong quá trình nhận thức của học sinh, thí nghiệm biểu diễn bao gồm những loại sau: - Thí nghiệm mở đầu: giới thiệu cho học sinh một cách sơ lược về hiện tượng sắp nghiên cứu, tạo tình huống có vấn đề, tạo nhu cầu hứng thú học tập của học sinh. - Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng: nhằm xây dựng hoặc kiểm chứng kiến thức mới. Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng bao gồm: Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát: cung cấp các cứ liệu thực nghiệm để từ đó khái quát thành kiến thức mới, giải quyết được vấn đề đầu giờ học. Ví dụ: thí nghiệm định luật III Niu-tơn; định luật cảm ứng điện từ, định luật khúc xạ ánh sáng. Thí nghiệm nghiên cứu minh họa: nhằm kiểm chứng lại kiến thức đã được xây dựng bằng con đường lí thuyết, dựa trên những phép suy luận chặt chẽ. Ví dụ: quy luật dao động điều hòa của con lắc lò xo ngang, biểu thức tính lực Lo-ren-xơ. - Thí nghiệm củng cố: nêu lên những biểu hiện của kiến thức đã học trong tự nhiên, đề cập các ứng dụng của kiến thức này trong sản xuất và đời sống đòi hỏi học sinh phải vận dụng kiến thức đã học để dự đoán hoặc giải thích hiện tượng. Thông qua đó, giáo viên có thể kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của học sinh. 5.2.2 Thí nghiệm thực tập của học sinh Thí nghiệm thực tập là thí nghiệm do học sinh tiến hành trên lớp, ngoài lớp ở các mức độ tự lực khác nhau. Có thể chia thí nghiệm thực tập làm 3 loại: - Thí nghiệm trực diện: là thí nghiệm do học sinh tiến hành trên lớp chủ yếu khi nghiên cứu kiến thức mới nhưng cũng có thể khi ôn tập trong tiết học bài mới. Tùy vào mục đích sử dụng, thí nghiệm trực diện có thể là thí nghiệm mở đầu, thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng (kh ảo sát hoặc minh họa), hoặc thí nghiệm củng cố. Tùy vào hình thức tổ chức, thí nghiệm trực diện có thể là thí nghiệm đồng loạt (tất cả học sinh, nhóm học sinh đều tiến hành thí nghiệm như nhau) hoặc thí nghiệm cá thể (các nhóm học sinh tiến hành các thí nghiệm khác nhau nhằm thực hiện các nhiệm vụ bộ phận để đi đến giải quyết nhiệm vụ tổng quát) Ưu điểm của thí nghiệm trực diện so với thí nghiệm biểu diễn: rèn luyện cho học sinh kĩ năng thí nghiệm, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu, giáo dục thái độ, tác phong, phương pháp làm việc tập thể; các kết luận được rút ra trên cơ sở một số lượng nhiều các cứ liệu thực nghiệm, các cứ liệu này đã được học sinh so sánh, bổ sung, học sinh thấy được tính chất khách quan của quy luật đang nghiên cứu. - Thí nghiệm thực hành: là thí nghiệm do học sinh tiến hành trên lớp (trong phòng thí nghiệm) , học sinh dựa vào tài liệu in sẵn mà tiến hành thí nghiệm rồi viết báo cáo. Thí nghiệm thự hành có thể có nội dung định tính hoặc định lượng, song chủ yếu là kiểm nghiệm lại các định luật, quy tắc, cách xác định các địa lượng vật lí. Các nội dung này không có điều kiện tiến hành thí nghiệm trực diện. Các bài thí nghiệm thực hành thường xếp vào cuối chương nên nội dung của thí nghiệm thực hành rất phong phú và thường từ 1 đến 2 tiết, đòi hỏi thiết bị thí nghiệm hoàn chỉnh, phức tạp hơn thí nghiệm trực diện. Tùy vào hình thức tổ chức, thí nghiệm thực hành có thể là thí nghiệm đồng loạt (tất cả học sinh tiến hành các thí nghiệm như nhau với dụng cụ giống nhau) hoặc thí nghiệm cá thể (học sinh thực hiện thí nghiệm khác nhau với mục đích khác nhau hoặc cùng mục đích nhưng dụng cụ khác nhau). Tùy vào nội dung thực hành, mục tiêu cần đạt được mà giáo viên lực chọn hình thức cho phù hợp. Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà: Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà là một loại bài tập mà giáo viên giao cho từng học sinh, từng nhóm học sinh thực hiện ở nhà. Nội dung của thí nghiệm thực hành không lặp lại những thí nghiệm đã tiến hành ở lớp, không đơn thuần là tiến hành thí nghiệm với các hướng dẫn chi tiết. Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà có tác dụng trên nhiều mặt đối với sự phát triển nhân cách của học sinh: quá trình tự thiết kế phương án thí nghiệm, lập kế hoạch thí nghiệm, chế tạo và lựa chọn dụng cụ, bố trí, tiến hành, xử lí kết quả thí nghiệm góp phần vào việc phát triển năng lực hoạt động trí tuệ - thực tiễn của học sinh; sự thành công của thí nghiệm làm tăng hứng thú, tạo niềm vui, sự thành công trong học tập của học sinh. Vai trò của thí nghiệm thực hành trong quá trình dạy học: củng cố, đào sâu kiến thức đã học; cung cấp cứ liệu thực nghiệm phục vụ cho việc nghiên cứu kiến thức mới. Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đối với việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí Những yêu cầu chung đối với việc sử dụng thí nghiệm Xác định rõ logic tiến trình dạy học, trong đó thí nghiệm phải là một bộ phận hữu cơ, giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức. Trước mỗi thí nghiệm cần đảm bảo học sinh ý thức đầy đủ sự cần thiết, mục đích của thí nghiệm. Xác định rõ các dụng cụ cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, tiến trình thí nghiệm. Đảm bảo cho học sinh ý thức rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả các giai đoạn thí nghiệm. Thử nghiệm kĩ lưỡng mỗi thí nghiệm trước giờ học, đảm bảo thí nghiệm phải thành công. Việc sử dụng các dụng cụ thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm phải tuân theo quy tắc an toàn. Những yêu cầu đối với thí nghiệm biểu diễn Yêu cầu trong việc đặt ra kế hoạch thí nghiệm: Xác đinh chính xác mục đích của thí nghiệm cần phải tiến hành và chức năng lí luận dạy học của nó (đề xuất vấn đề, hình thành kiến thức mới, củng cố hay kiểm tra kiến thức) Xác định các nhiệm vụ mà học sinh cần phải hoàn thành trong việc: chuẩn bị thí nghiệm, tiến hành và xử lí kết quả thí nghiệm. Từ mục đích và chức năng lí luận dạy học của thí nghiệm lựa chọn phương án thí nghiệm đáp ứng đòi hỏi về mặt sư phạm: tính trực quan, tính hiệu quả, tính an toàn; đặt ra kế hoạch tiến hành một chuỗi thí nghiệm sao cho đủ cứ liệu theo yêu cầu đặt ra. Yêu cầu trong việc chuẩn bị thí nghiệm: Nghiên cứu kĩ tính năng của các dụng cụ thí nghiệm và sử dụng thành thạo chúng. Trước giờ học phải kiểm tra dụng cụ, thử nghiệm lại thí nghiệm sẽ tiến hành. Kết thúc công việc chuẩn bị phải đảm bảo thí nghiệm có thể lặp lại nhiều lần, cho kết quả rõ ràng, đơn trị. Yêu cầu trong việc bố trí thí nghiệm Bố trí thí nghiệm đảm bảo sao cho mọi học sinh từ vị trí ngồi trong lớp học đều nhìn rõ dụng cụ, độ lệch các kim chỉ các dụng cụ đo; đẹp về thẩm mĩ. Yêu cầu trong việc tiến hành thí nghiệm Cần định hướng học sinh vào những trọng điểm cần quan sát. Đối với thí nghiệm định lượng cần lập bảng ghi các giá trị đo thích hợp trước khi tiến hành thí nghiệm. Trong suốt quá trình thí nghiệm, giáo viên không che khuất tầm quan sát của học sinh. Thí nghiệm cần được lặp lại vài lần Yêu cầu trong việc xử lí kết quả thí nghiệm: Thu nhận cứ liệu phải trung thực, đủ để khái quát rút ra kết luận. Xử lí số liệu phải đủ thời gian, thực hiên một cách chu đáo. Những yêu cầu đối với thí nghiệm trực diện Yêu cầu trong việc lựa chọn thí nghiệm trực diện để sử dụng trong dạy học vật lí: Các thí nghiệm trực diện được sử dụng trong các trường hợp sau: Các dụng cụ thí nghiệm không quá phức tạp; việc bố trí tiến hành thí nghiệm không quá khó đối với học sinh; hiện tượng vật lí diễn ra trong các thí nghiệm dễ quan sát, không quá phức tạp. Có thể sử dụng các dụng cụ, vật liệu dễ kiếm trong đời sống hàng ngày, quen thuộc với học sinh. Nội dung của các thí nghiệm cần thực hiện mang tính chất định tính hoặc bán định lượng. Tuy nhiên cũng cần tăng dần các thí nghiệm trực diện định tính ở các lớp trên. Các thí nghiệm không đòi hỏi nhiều thời gian trong bố trí và tiến hành thí nghiệm. Việc sử dụng các dụng cụ và tiến hành thí nghiệm phải đảm bảo an toàn cho học sinh, không làm hỏng thí nghiệm. Yêu cầu trong việc chuẩn bị thí nghiệm trực diện: Đối với giáo viên: Chuẩn bị phương án thí nghiệm ngay khi soạn bài, dự đoán các phương án thí nghiệm mà học sinh có thể đề xuất, phân tích ưu, nhược điểm và lựa chọn một phương án phù hợp Chia nhóm học sinh Soạn một bản hướng dẫn thí nghiệm cho học sinh. Đối với học sinh: thực hiện nhiệm vụ mà giáo viên đã giao cho. Yêu cầu trong việc tổ chức và hướng dẫn hoạt động tự lực của học sinh trong thí nghiệm trực diện: Bố trí các bàn thí nghiệm thành vòng cung hoặc chữ U để tiện theo dõi, giúp đỡ. Đảm bảo cho học sinh các nhóm đều tích cực, tự lực trong giờ học. Phối hợp các hình thức làm việc cá nhân, theo nhóm, làm việc chung toàn lớp. Giáo viên đóng vai trò là người tổ chức, hướng dẫn, trọng tài. Những yêu cầu đối với thí nghiệm thực hành Yêu cầu trong công việc chuẩn bị thí nghiệm thực hành Đối với giáo viên: Tìm hiểu kĩ nội dung SGK, xác định rõ nhiệm vụ cần giao cho học sinh, cách thức kiểm tra, đánh giá việc thực hiện các nhiệm vụ đó. Chuẩn bị đầy đủ, kiểm tra chất lượng các dụng cụ cần thiết cho mỗi nhóm học sinh. Làm thử tất cả các thí nghiệm trong bài thực hành để dự kiến các khó khăn mà học sinh có thể gặp phải, cách thức hướng dẫn học sinh vượt qua khó khăn đó. Nếu cần thiết có thể điều chỉnh nội dung, yêu cầu bài thực hành trong SGK cho phù hợp với trường phổ thông. Đối với học sinh: Nghiên cứu SGK, chuẩn bị sẵn bản báo cáo theo mẫu SGK Tự tìm kiếm, chế tạo các dụng cụ theo chỉ dẫn trong bài thực hành. Yêu cầu trong việc tổ chức và hướng dẫn hoạt động tự lực của học sinh trong thí nghiệm thực hành Phân nhóm và bố trí bàn thí nghiệm được thực hiện như trong thí nghiệm trực diện. Đầu buổi thí nghiệm thực hành: kiểm tra chuẩn bị của hịc sinh, hướng dẫn sử dụng dụng cụ. Trong lúc các nhóm học sinh tiến hành công việc: giáo viên theo dõi, kịp thời tháo gỡ khó khăn học sinh gặp phải Sau khi học sinh làm xong thí nghiệm: yêu cầu học sinh tháo rỡ các chi tiết đã lắp ráp, sắp xếp gọn gàng, yêu cầu học sinh nộp báo cáo ngay hoặc cho về nhà hoàn chỉnh nốt. KẾT LUẬN CHƯƠNG I Trong chương này chúng tôi đã tổng hợp, phân tích các kiến thức về lí luận và phương pháp giảng dạy và làm rõ các vấn đề sau: Mục tiêu, nhiệm vụ dạy học vật lí ở trường phổ thông Quá trình dạy học nói chung; quá trình dạy học vật lí; sự khác biệt quá trình dạy học và quá trình nghiên cứu khoa học; tính khoa học, phát huy tính tích cực, tự chủ sáng tạo của quá trình dạy học vật lí Các phương pháp dạy học vật lí Từ đó, chúng tôi chỉ ra các bước cần tiến hành để thiết kế phương án dạy học một tiết học sao cho vừa khoa học, vừa phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh. Cuối cùng, chúng tôi chỉ ra đặc điểm, chức năng, yêu cầu của thí nghiệm trong dạy học vật lí; phân loại thí nghiệm vật lí. CHƯƠNG II : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỂ PHỤC VỤ DẠY HỌC PHẦN CƠ HỌC TRONG CHƯƠNG TRÌNH SGK VẬT LÍ 10 THPT 1. Yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học một số kiến thức về chuyển động thẳng trong chương trình vật lí 10 Chuyển động thẳng đều (mục 5 bài 2 SGK Vật lí 10NC) Ở phần này cần có thí nghiệm một vật chuyển động thẳng đều, để từ đó làm rõ định nghĩa chuyển động thẳng đều: “ Chuyển động thẳng đều là chuyển động thẳng, trong đó chất điểm có vận tốc tức thời không đổi ”. Tuy nhiên trong thực tế, không thể đo được vận tốc tức thời, mọi vận tốc ta đo được đều là vận tốc trung bình của vật trên một quãng đường nào đó. Nhưng ta có thể làm gần đúng bằng cách đo các đoạn đường liên tiếp vật đi được trong những khoảng thời gian ngắn, tính vận tốc trung bình của vật trên những đoạn đường đó, nếu các vận tốc trung bình đó bằng nhau ta có thể ngoại suy rằng: nếu ta có thể tiến hành khảo sát với các khoảng thời gian ngắn hơn nữa (tiến về 0) thì các vận tốc cũng sẽ bằng nhau, nói khác đi: vận tốc tức thời không đổi. Vậy, yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng để dạy học mục 5 bài 2 SGK Vật lí 10NC “chuyển động thẳng đều” là: bộ thí nghiệm tạo ra chuyển động thẳng đều, cho phép đo được các quãng đường vật đi được trong những khoảng thời gian ngắn liên tiếp (khoảng thời gian đó là ngắn so với toàn bộ thời gian vật chuyển động). Khảo sát thực nghiệm chuyển động thẳng (bài 3 SGK Vật lí 10 NC) “Khảo sát chuyển động thẳng” là một bài thực hành. Bài thực hành được học sau khi học sinh học các kiến thức chung về chuyển động cơ, vận tốc trong chuyển động thẳng, chuyển động thẳng đều. Bài thực hành nhằm củng cố cho học sinh kiến thức về tọa độ của vật tại các thời điểm khác nhau, vận tốc trong chuyển động thẳng, đồ thị tọa độ theo thời gian, vận tốc theo thời gian. Do đó, bài thực hành cần có thí nghiệm về một vật chuyển động thẳng, chuyển động thẳng này không nên là chuyển động thẳng đều vì như thế việc xác định tọa độ, vận tốc, đồ thị tọa độ, vận tốc theo thời gian khá đơn giản và quen thuộc với học sinh, chuyển động thẳng này cũng không nên quá phức tạp, do đó, chuyển động thẳng biến đổi đều là thích hợp nhất. Cũng như đối với thí nghiệm chuyển động thẳng đều nói trên, ta không xác định được vận tốc tức thời. Do đó, bộ thí nghiệm cần cho phép ghi lại chuyển động của vật sao cho từ đó có thể tính được vận tốc trung bình của vật trên một đoạn đường ngắn trong khoảng thời gian ngắn. Ta có thể coi vận tốc trung bình đó là vận tốc tức thời tại thời điểm đầu (hoặc cuối) của vật trên đoạn đường. Vậy, yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học bài “khảo sát chuyển động thẳng” là: bộ thí nghiệm tạo ra một chuyển động thẳng biến đổi đều, cho phép xác định vị trí của vật tại những thời điểm khác nhau, cho phép đo được các quãng đường vật đi được trong những khoảng thời gian ngắn liên tiếp (khoảng thời gian đó là ngắn so với toàn bộ thời gian vật chuyển động) để từ đó xác định vận tốc trung bình của vật trên đoạn đường đó. 1.3 Chuyển động thẳng biến đổi đều (mục 2 bài 4 SGK Vật lí 10NC) Ở phần này cần có thí nghiệm một vật chuyển động thẳng biến đổi đều, để từ đó làm rõ định nghĩa chuyển động thẳng biến đổi đều: “ Chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động thẳng, trong đó chất điểm có gia tốc tức thời không đổi ”. Ở phần trước đó, học sinh đã học định nghĩa gia tốc trung bình, gia tốc tức thời do đó, để làm rõ định nghĩa chuyển động thẳng biến đổi đều như trên thì gia tốc của vật phải được tính thông qua vận tốc và thời gian. Tức là bộ thí nghiệm phải tạo ra chuyển động thẳng biến đổi đều, cho phép xác định vận tốc trung bình để từ đó xác định gia tốc trung bình trong một khoảng thời gian ngắn (so với toàn bộ thời gian chuyển động). Vậy, yêu cầu bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học mục 2 bài 4 SGK Vật lí 10NC “chuyển động thẳng biến đổi đều” cũng giống như yêu cầu của bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy bài “khảo sát chuyển động thẳng” Định luật I Niu-tơn (bài 14 SGK Vật lí 10NC) Bài này cần thí nghiệm cho phép nghiên cứu định luật I Niu-tơn: “nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0, thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều”. Vậy, yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy bài này là: thí nghiệm trong đó có một vật chuyển động dưới tác dụng của lực ma sát đã làm giảm đến mức có thể, sao cho khi đó có thể coi gần đúng rằng vật chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0. Thí nghiệm phải cho phép đo vận tốc của vật và chứng tỏ rằng vật gần như chuyển động thẳng đều. Định luật II Niu-tơn (bài 15 SGK Vật lí 10 NC) Bài này cần thí nghiệm cho phép nghiên cứu định luật II, tức là thí nghiệm kiểm nghiệm a~F, a~1/m. Yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học bài : “Định luật II Niu-tơn” là: bộ thí nghiệm tạo ra một vật chuyển động biến đổi đều, chuyển động của vật được ghi lại sao cho từ đó có thể xác định được gia tốc của vật có; lực tác dụng, khối lượng của vật có thể xác định được, có thể thay đổi và xác định được sự thay đổi đó. Định luật III Niu-tơn (bài 15 SGK Vật lí 10 NC) Định luật III Niuton: Khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối. Yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học bài “Định luật II Niu-tơn” là: bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học nội dung kiến thức đó phải tạo ra được tương tác giữa hai vật mà học sinh có thể quan sát được phương và chiều của lực tương tác đồng thời có thể đo được độ lớn của lực tương tác. 1.7 Định luật bảo toàn động lượng (bài 31 SGK Vật lí 10 NC) Bài này cần thí nghiệm cho phép nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng. Để cho đơn giản thì thí nghiệm cần nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng trong va chạm của 2 vật, đó có thể là va chạm mềm hoặc va chạm đàn hồi trực diện. Tức là thí nghiệm cho phép kiểm nghiệm công thức: Vậy, yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học bài “Định luật bảo toàn động lượng” là: bộ thí nghiệm cho phép tạo ra 2 vật chuyển động thẳng đều, có thể xác định được khối lượng các vật, vận tốc của các vật trước và sau va chạm. Sau khi phân tích kiến thức về chuyển động thẳng nói trên, ta nhận thấy rằng: yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học các kiến thưc đó đều có chung đặc điểm: bộ thí nghiệm cần tạo ra chuyển động thẳng của vật, ghi lại được chuyển động của nó sao cho từ đó có thể xác định được vận tốc, gia tốc trung bình trong khoảng thời gian ngắn (so với toàn bộ thời gian chuyển động của vật), thêm vào đó ma sát cần giảm đến mức có thể để kết quả ít sai số và phục vụ nhu cầu nghiên cứu định luật I Niuton. Do đó, có thể thiết kế một bộ thí nghiệm dùng chung khi dạy các kiến thức về chuyển động thẳng. 2. Các bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng đã có [7] Bộ thí nghiệm cần rung điện Hình 2.1 Bộ thí nghiệm cần rung điện Nguyên tắc hoạt động: Vật cần khảo sát gắn một băng giấy. Khi vật chuyển động, băng giấy chuyển động theo và trượt trên 1 con lăn, phía trên băng giấy có 1 ngòi bút dao động với chu kì 0,02s. Dao động của ngòi bút được tạo ra nhờ đồng hồ cần rung: khi cho dòng điện 220V vào đồng hồ thì ngòi bút dao động cùng tần số dòng điện, đồng hồ được lắp cố định ở đầu đoạn đường chuyển động của vật. Hình ảnh chấm mực trên băng giấy cho ta thông tin chuyển động của vật. Ưu điểm: Bộ thí nghiệm hoạt động với nguyên tắc dễ hiểu đối với học sinh Bộ thí nghiệm gọn nhẹ, rẻ tiền có thể sử dụng rộng rãi Bộ thí nghiệm có thể dùng để nghiên cứu nhiều kiến thức: chuyển động thẳng đều, nhanh dần đều, sự rơi tự do, định luật II Niu-tơn, định luật bảo toàn động lượng. Nhược điểm: Cần rung cố định và khá cồng kềnh, xe kéo theo băng giấy dài, việc bố trí một hệ thống như vậy khá phức tạp và không phải chuyển động nào cũng có thể bố trí được. Băng giấy chuyển động, ngòi bút cố định nên khó trong nhận thức đối với học sinh. Phải sử dụng đến kiến thức hệ vật khi nghiên cứu định luật II Niutơn. Bộ thí nghiệm băng đệm khí Hình 2.2 Bộ thí nghiệm băng đệm khí Nguyên tắc hoạt động: Vật là các xe chuyển động trên một băng khí. Băng này có các lỗ nhỏ li ti, khí được bơm qua các lỗ để các xe được chuyển động trên một lớp khí – ma sát nhỏ. Bộ thí nghiệm có 2 cổng quang, 1 đồng hồ hiện số. Đồng hồ liên kết với 2 cổng quang, có nhiều chế độ: đồng hồ có thể đo thời gian các cổng quang bị che lấp, đo thời gian từ lúc cổng 1 bị che đến lúc cổng 2 bị che. Tùy vào phương án đo mà sử dụng đồng hồ và cổng quang cho hợp lí. Từ thời gian hiện trên đồng hồ, đường kính viên bi, khoảng cách 2 cổng quang ta xác định được vận tốc, gia tốc của vật. Ưu điểm Thời gian được đo bằng đồng hồ hiện số, xe chuyển động trên lớp khí ma sát nhỏ do đó sai số nhỏ. Có thể dùng để nghiên cứu nhiều kiến thức: chuyển động thẳng đều, nhanh dần đều, định luật II Niu-tơn, định luật bảo toàn động lượng. Nhược điểm Phải sử dụng đến kiến thức hệ vật khi nghiên cứu định luật II Niutơn. Phải thực hiện nhiều lần thí nghiệm để nghiên cứu cùng một chuyển động. Không sử dụng được khi nghiên cứu sự rơi tự do, định luật III Niutơn. Dụng cụ đòi hỏi chi phí cao, khó phổ biến rộng rãi. Bộ thí nghiệm cồng kềnh, tính di động không cao, khó mang xuống lớp học. Bộ thí nghiệm máng CT 10-2 Hình 2.3 Bộ thí nghiệm máng CT 10-2 Nguyên tắc hoạt động: Vật là viên bi có đường kính d lăn trên 1 máng có thể thay đổi góc nghiêng. Bộ thí nghiệm có 2 cổng quang, 1 đồng hồ hiện số. Đồng hồ liên kết với 2 cổng quang, có nhiều chế độ: đồng hồ có thể đo thời gian các cổng quang bị che lấp, đo thời gian từ lúc cổng 1 bị che đến lúc cổng 2 bị che. Tùy vào phương án đo mà sử dụng đồng hồ và cổng quang cho hợp lí. Từ thời gian hiện trên đồng hồ, đường kính viên bi, khoảng cách 2 cổng quang ta xác định được vận tốc, gia tốc của vật. Ưu điểm: Thời gian đo bằng đồng hồ hiện số, vật lăn trên máng ít ma sát do đó sai số nhỏ. Gọn nhẹ, dễ sử dụng. Nhược điểm : Phải thực hiện nhiều lần thí nghiệm để nghiên cứu cùng một chuyển động Không sử dụng được để nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng Dụng cụ đòi hỏi chi phí cao 2.4 Bộ thí nghiệm về lực tương tác giữa hai xe lăn: - Bố trí thí nghiệm: Hình 3 Hình 2.4: Bộ thí nghiệm về lực tương tác giữa hai xe lăn - Nguyên tắc hoạt động: Hai xe được nối với nhau bằng sợi dây cước có một nút buộc vào thanh sắt nhỏ nằm ngang ở giữa dây. Khi đốt sợi chỉ buộc ép lò xo ở đầu xe lăn thứ nhất thì lò xo bật ra, làm hai xe tương tác với nhau và chuyển động ngược chiều nhau. Khi dây cước được kéo căng, nó sẽ bị buộc chặt vào thanh sắt nhỏ và làm hai xe dừng lại. Ta đo được quãng đường mà hai xe đi được trong cùng một khoảng thời gian, từ đó tính được vận tốc của từng xe. Coi vận tốc này là vận tốc lúc xe dừng lại ta tính được gia tốc của từng xe. Với vận tốc ban đầu là vận tốc lúc hai xe bắt đầu tương tác. Biết khối lượng và gia tốc của hai xe ta có thể so sánh được độ lớn lực tương tác của hai xe. Phương và chiều của lực tương tác chính là phương và chiều chuyển động của hai xe - Ưu điểm: Bộ thí nghiệm hoạt động với nguyên tắc dễ hiểu đối với học sinh Bộ thí nghiệm gọn nhẹ, rẻ tiền nên có thể sử dụng rộng rãi ở các trường phổ thông. Kết quả thí nghiệm dễ xử lý để đưa ra kết luận cho bài học - Nhược điểm: Bộ thí nghiệm cho kết quả bằng cách đánh dấu bằng sợi dây cước nên sai số lớn Khi tiến hành thí nghiệm phải chú ý nhiều chi tiết như quấn chỉ, đốt chỉ, buộc dây cước để kết quả thu được có độ chính xác hơn Bộ thí nghiệm sử dụng đồng hồ tương tác từ Hình 2.5: Bộ thí nghiệm sử dụng đồng hồ tương tác từ + Nguyên tắc hoạt động - Vật là hai xe lăn, một xe có gắn giá để gia trọng, một xe có gắn đồng hồ tương tác từ. Xe chuyển động trên một máng có gắn thanh ray dẫn điện, điện đưa vào các thanh ray bằng các dây nối từ nguồn thứ cấp của biến thế 220V-12V. - Giữa 2 thanh ray có 1 băng giấy, trên đồng hồ gắn 1 ngòi bút, khi đồng hồ hoạt động và xe chuyển động thì ngòi bút chấm đều đặn trên băng giấy. Hình ảnh chấm mực trên băng giấy cho ta thông tin chuyển động của vật. + Ưu điểm Bộ thí nghiệm hoạt động với nguyên tắc dễ hiểu đối với học sinh Chỉ tiến hành một lần thí nghiệm cho một chuyển động nhưng thu được nhiều số liệu. Bộ thí nghiệm gọn nhẹ, rẻ tiền có thể sử dụng rộng rãi ở các trường phổ thông. Kết quả thí nghiệm dễ xử lý để đưa ra kết luận cho bài học + Nhược điểm Pit tông, xi lanh ngắn nên đồng hồ lắc rất mạnh Ma sát lớn nên kết quả thí nghiệm vẫn còn sai số Không nghiên cứu được định luật III Niu tơn Bộ thí nghiệm nghiên cứu định luật III Niu – tơn Hình 2.6: Bộ thí nghiệm nghiên cứu định luật III Niu – tơn + Nguyên tắc hoạt động - Vật là hai xe lăn, một xe có gắn giá để gia trọng, một xe treo gia trọng. Đồng hồ tương tác từ được gắn trên hai xe. Xe chuyển động trên một máng có gắn thanh ray dẫn điện, điện đưa vào các thanh ray bằng các dây nối từ nguồn thứ cấp của biến thế 220V-12V. - Bên cạnh 2 thanh ray có 1 băng giấy, trên đồng hồ gắn 1 ngòi bút, khi đồng hồ hoạt động và xe chuyển động thì ngòi bút chấm đều đặn trên băng giấy. Hình ảnh chấm mực trên băng giấy cho ta thông tin chuyển động của vật. + Ưu điểm Bộ thí nghiệm hoạt động với nguyên tắc dễ hiểu đối với học sinh Chỉ tiến hành một lần thí nghiệm cho một chuyển động nhưng thu được nhiều số liệu. Bộ thí nghiệm gọn nhẹ, rẻ tiền có thể sử dụng rộng rãi ở các trường phổ thông. Kết quả thí nghiệm dễ xử lý để đưa ra kết luận cho bài học + Hạn chế : Không nghiên cứu được : Các dạng chuyển động thẳng Định luật I Niu – tơn Định luật II Niu – tơn Định luật bảo toàn động lượng => Từ hạn chế của hai bộ thí nghiệm có sử dụng đồng hồ tương tác từ trên, chúng tôi đã nghiên cứu chế tạo bộ thí nghiệm có thể đáp ứng được đầy đủ hơn nhu cầu của người sử dụng. 3. Thiết kế bộ thí nghiệm Ý tưởng Đồng hồ đo thời gian kiểu tương tác từ vẫn là một gợi ý quan trọng trong việc thiết kế chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng mới. Bởi vì : Đồng hồ có thiết kế nhỏ gọn Sử dụng nguồn điện 12V đảm bảo nguyên tắc an toàn. Nguyên tắc hoạt động dễ hiểu Ứng dụng đồng hồ đo thời gian tương tác từ trong chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng mới: lắp đồng hồ lên vật và thiết kế hệ thống đưa điện lên đồng hồ, hệ thống này hoạt động ổn định trong khi xe chuyển động. Ý tưởng cho hệ thống dẫn điện: đồng hồ lắp trên 1 xe, nối với các bánh xe (bánh xe làm bằng kim loại dẫn điện), xe chuyển động trên các thanh ray dẫn điện, điện đưa vào các thanh ray bằng các dây nối từ nguồn thứ cấp của biến thế 220V-12V. Ý tưởng cho hệ thống ghi lại chuyển động: bên cạnh 1 thanh ray có 1 băng giấy được giữ chắc và phẳng, trên đồng hồ gắn 1 ngòi bút, khoảng cách giữa ngòi bút và băng giấy có thể thay đổi sao cho khi đồng hồ hoạt động và xe chuyển động thì ngòi bút chấm đều đặn trên băng giấy. Khi nghiên cứu định luật III Niu- tơn, ta sử dụng gia trọng nối vào xe bằng một sợi dây nên ta phải xẻ rãnh trên máng để sợi dây xuyên qua và phải để hệ thống này trên một độ cao nhất định nhờ hai chân đế. Ngoài ra cần có thêm các bộ phận khác: Bộ phận cung cấp vận tốc ban đầu cho vật Bộ phận chặn xe Hai chân đế để nghiên cứu định luật II và định luật III Niu-tơn. Bộ phận đo góc nghiêng, bộ phận đỡ gia trọng 3.2 Mô hình bộ thí nghiệm 220V Biến thế 220V-12V Súng vận tốc Bộ phận chặn xe Xe định luật bảo toàn động lượng Đồng hồ Gia trọng Bộ phận đỡ vật máng Thanh ray Sợi dây Chân đế Biến thế 220V-12V Nguồn 220V Đồng hồ Gia trọng Bộ phận đỡ vật máng Thanh ray Sợi dây Chân đế Biến thế 220V-12V Nguồn 220V Chân đế Bộ phận đo góc nghiêng Đồng hồ Gia trọng Bộ phận đỡ vật máng Thanh ray Sợi dây Chân đế Biến thế 220V-12V Nguồn 220V Hình 3.2 :Mô hình bộ thí nghiệm 4. Chế tạo bộ thí nghiệm 4.1 Máng và các thanh ray (1) - Máng: tấm gỗ có kích thước 101x12x2,5 (cm) có xẻ rãnh ở giữa. - Rãnh có kích thước 80x1,5x2,5 (cm) - Thanh ray: sử dụng thanh ray trong các cửa khung nhôm kính (các thanh ray này không có lớp mạ cách điện). Cố định các thanh ray lên máng: khoảng cách 2 thanh ray là 5cm, chiều dài thanh ray là 100cm. Thanh ray được nối với nguồn điện bằng các chốt điện. - Băng giấy và bộ phận giữ giấy: băng giấy có chiều dài là 84cm, chiều rộng là 2,5cm, băng giấy được kẹp giữa 1 nam châm và 1 miếng sắt trong đó nam châm được cố định trìm dưới máng; có 4 nam châm như thế. Các xe - Các bánh xe: Không tận dụng được bánh xe trong các cửa khung nhôm kính do các bánh xe này sử dụng ổ bi chất lượng kém mà đó lại là loại ổ bi có kích thước chuyên dụng, không phổ biến. Chế tạo bánh xe mới: sử dụng khung bánh xe cũ (bánh xe của cửa khung nhôm); tiện bánh xe mới có kích thước phù hợp với khung bánh xe, với đường ray, bánh xe quay xung quanh trục là các chốt đồng có kích thước phù hợp. - Tấm gỗ làm thân xe: có kích thước 12x8x1.1 (cm) Ròng rọc: được chế tạo bằng đồng và gắn trên xe Móc buộc dây: được chế tạo bằng sắt tây, có một lỗ nhỏ để xuyên dây, được gắn trên xe còn lại. - Đồng hồ: chế tạo đồng hồ theo thiết kế mới với pit tông và xi lanh dài hơn để giảm sự rung lắc, có một trục nằm ngang để chỉnh vị trí của đồng hồ trên xe (trên xe có 1 trục với kích thước phù hợp với lỗ tròn) Hình 4.2a: Tấm gỗ làm thân xe Hình 4.2b : Xe gắn đồng hồ - Lắp ráp các xe: Lắp các bánh xe sao cho khoảng cách giữa các bánh phù hợp với khoảng các hai thanh ray Lắp ròng rọc vào xe thông qua một trục nhỏ sao cho ròng rọc có thể quay quanh trục một cách dễ dàng Lắp móc buộc dây vào xe sao cho móc nằm phía trong xe để không kồng kềnh và kéo xe dễ dàng hơn, phải chốt chắc chắn móc buộc dây vào xe. Lắp đồng hồ lên xe sao cho khi đặt xe lên máng thì đồng hồ ở phía máng có chỗ trống để có thể đặt giấy phía dưới ngòi bút của đồng hồ. Lắp một trục cố định ở giữa hai xe để giữ quả nặng khi ta thay đổi khối lượng của xe. 4.3 Các bộ phận khác Bộ phận đỡ gia trọng (2) Bộ phận cung cấp vận tốc ban đầu cho vật [7] (3) Bộ phận chặn xe (4) Bộ phận đo sự thăng bằng (5) Bộ phận đo góc (6) Các bộ phận dùng chung Hai chân đế (bộ phận nâng máng) (7) Gia trọng (8) Nguồn 220V-12V (9) 4.5 Bộ thí nghiệm sau khi chế tạo 1 9 6 8 2 5 3 7 4 Hình 4.5 Bộ thí nghiệm sau khi chế tạo 5. Tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng đều Mục đích thí nghiệm: Minh họa đặc điểm của chuyển động thẳng đều: chuyển động thẳng có vận tốc tức thời không đổi. Xác định vận tốc chuyển động thẳng đều của vật Bố trí thí nghiệm Đặt máng nằm ngang, lắp súng vận tốc vào máng Nối điện từ hộp biến thế vào máng, từ nguồn vào hộp biến thế Đặt xe có gắn đồng hồ lên máng và sát với súng vận tốc Gắn băng giấy lên máng, giữ giấy phẳng nhờ các nam châm và miếng sắt Tiến hành thí nghiệm: Điều chỉnh bút ở đồng hồ sát với mặt giấy sao cho khi đồng hồ hoạt động bút vừa vặn chấm xuống mặt giấy. Bật công tắc nguồn, công tắc đồng hồ cho đồng hồ bắt đầu hoạt động. Thả rơi quả nặng 600g trên trục của súng vận tốc để xe chuyển động Khi xe chuyển động đến cuối máng, tắt đồng hồ, tắt nguồn, rút băng giấy ra để thu số liệu. Dùng thước đo độ dời mà xe đi được trong khoảng thời gian bằng nhau liên tiếp. Lặp lại thí nghiệm 2 lần với băng giấy khác. Từ đó rút ra kết luận về đặc điểm chuyển động của xe. Kết quả thí nghiệm S(mm) 6.0 7.0 6.5 6.5 6.5 7.0 6.5 7.0 7.0 7.0 V(m/s) 0.300 0.350 0.325 0.325 0.325 0.350 0.325 0.350 0.350 0.350 Chọn gốc tọa độ, mốc thời gian tại điểm bắt đầu khảo sát, ta có: t (s) 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 x(mm) 0.0 6.0 14.0 19.5 26.0 32.5 42.0 45.5 56.0 63.0 70.0 v(m/s) 0.300 0.300 0.350 0.325 0.325 0.325 0.350 0.325 0.350 0.350 0.350 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của tọa độ theo thời gian trong chuyển động thẳng đều Đồ thị biểu diễn sự biến thiên vận tốc theo thời gian trong chuyển động thẳng đều chuyê Nhận xét: Trong chuyển động thẳng đều, đồ thị s –t là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ, đồ thị v –t là một đường thẳng song song với trục Ot . Đồ thị vẽ được từ kết quả thực nghiệm cho ta kết luận, vật chuyển động thẳng đều Thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng nhanh dần đều Mục đích thí nghiệm: Xác định tọa độ theo thời gian, vận tốc trung bình trong những khoảng thời gian bằng nhau liên tiếp để từ đó vẽ đồ thị x-t và v-t Xác định gia tốc chuyển động theo định nghĩa Bố trí thí nghiệm: Xuyên trục nâng máng qua máng và lắp lên chân đế Lắp bộ phận đo góc lên máng Nối điện từ nguồn vào biến thế, từ biến thế vào máng Gắn băng giấy lên máng, giữ giấy phẳng nhờ các nam châm và miếng sắt Đặt xe có lắp đồng hồ lên máng và điều chỉnh độ cao của bút cho phù hợp Thí nghiệm được bố trí như hình: Tiến hành thí nghiệm: Nâng máng lên 1 góc, đưa xe lên đỉnh máng, bật công tắc cho đồng hồ hoạt động Thả tay để xe chuyển động trên máng. Khi xe chuyển động hết máng tắt công tắc, lấy băng giấy ra khỏi máng để thu số liệu. Dùng thước đo độ dời của xe trong những khoảng thời gian bằng nhau liên tiếp Tiến hành thí nghiệm với góc nghiêng khác. Kết quả thí nghiệm - Với α=5o S(mm) 4.60 5.00 5.40 5.80 6.10 6.50 6.90 7.40 7.80 8.20 8.60 ∆S(mm) 0.40 0.40 0.40 0.30 0.40 0.40 0.50 0.40 0.40 0.40 a (m/s2) 1.00 1.00 1.00 0.75 1.00 1.00 1.25 1.00 1.00 1.00 Đồ thị v - t Chọn gốc thời gian là lúc bắt đầu khảo sát, ta có: t (s) 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 V(m/s) 0.305 0.322 0.338 0.355 0.371 0.388 0.406 0.424 0.442 0.455 0.474 Sự biến thiên vận tốc theo thời gian với góc nghiêng 50 - Với α=8o S(mm) 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 8.00 8.50 9.00 9.00 9.50 ∆S(mm) 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.00 0.50 a (m/s2) 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 0.00 1.25 Đồ thị v – t Chọn gốc thời gian là lúc bắt đầu khảo sát, ta có: t (s) 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 V(m/s) 0.354 0.373 0.392 0.413 0.433 0.454 0.476 0.498 0.520 0.540 0.563 Sự biến thiên vận tốc theo thời gian với góc nghiêng 80 + Nhận xét đồ thị: Trong chuyển động thẳng nhanh dần đều với vận tốc ban đầu khác 0, đồ thị v-t là một đường thẳng không đi qua gốc tọa độ. Đồ thị vẽ được từ kết quả thực nghiệm với 2 góc nghiêng 50 và 80 cho ta kết luận, vật chuyển động thẳng nhanh dần đều Thí nghiệm nghiên cứu định luật II Niu-tơn Mục đích thí nghiệm: kiểm nghiệm lại định luật II Niu tơn trong trường hợp: gia tốc mà một vật (khối lượng không đổi) thu được trong chuyển động thẳng nhanh dần đều tỉ lệ với lực tác dụng vào vật a~F Bố trí và tiến hành thí nghiệm; giống như thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng nhanh dần đều Kết quả thí nghiệm: Sử dụng kết quả đã đo được với thí nghiệm chuyển động thẳng nhanh dần đều. Ta có: Góc nghiêng 50 Góc nghiêng 80 Từ bảng số liệu : a= 1m/s2 Có F = P.sin 50 a’ = g. sin50 = 0.87 m/s2 Vì a a’=> a ~F - Từ bảng số liệu : a= 1.25m/s2 Có F = P.sin 80 a’ = g. sin80 = 1.36 m/s2 Vì a a’=> a ~F Thí nghiệm nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng Mục đích thí nghiệm: kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng trong trường hợp va chạm mềm của hai vật. Bố trí thí nghiệm Đặt máng nằm ngang, lắp súng vận tốc vào máng Nối điện từ hộp biến thế vào máng, từ nguồn vào hộp biến thế Đặt 2 xe lên máng cách nhau một khoảng, trong đó một xe đặt sát súng vận tốc Gắn băng giấy lên máng, giữ giấy phẳng nhờ các nam châm và miếng sắt Thí nghiệm được bố trí như hình dưới đây: Tiến hành thí nghiệm: giống như tiến hành thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng đều nhưng khi thu thập số liệu chú ý phân tích vị trí có sự biến đổi vận tốc đột ngột. Kết quả thí nghiệm: Lần 1: S(mm) 12.0 13.0 12.5 12.0 12.0 12.5 11.5 12.0 V(m/s) 0.600 0.650 0.625 0.600 0.600 0.625 0.575 0.600 S(mm) 6.0 7.0 6.5 6.5 6.5 7.0 6.5 7.0 V(m/s) 0.300 0.350 0.325 0.325 0.325 0.350 0.325 0.350 - Định luật bảo toàn động lượng viết cho hai vật: Vì = 0, va chạm là va chạm mềm, nên biểu thức của định luật trở thành : - Từ kết quả thí nghiệm ta thấy, va chạm của hai xe tuân theo định luật bảo toàn động lượng Đồ thị biểu diễn vận tốc của vật phụ thuộc vào thời gian trước và sau va chạm Chọn gốc thời gian là lúc bắt đầu khảo sát, ta có: t (s) 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 V(m/s) 0.600 0.650 0.625 0.600 0.600 0.625 0.575 0.600 t (s) 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 V(m/s) 0.300 0.350 0.325 0.325 0.325 0.350 0.325 0.350 0 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên vận tốc theo thời gian trong va chạm Lần 2 S(mm) 13.0 12.5 12.5 12.0 12.0 7.0 7.0 6.5 6.5 6.5 6.0 V(m/s) 0.650 0.625 0.625 0.600 0.600 0.350 0.350 0.325 0.325 0.325 0.300 Đồ thị biểu diễn vận tốc của vật phụ thuộc vào thời gian trước và sau va chạm Chọn gốc thời gian là lúc bắt đầu khảo sát, ta có: t (s) 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 V(m/s) 0.650 0.625 0.625 0.600 0.600 0.350 0.350 0.325 0.325 0.325 0.300 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên vận tốc theo thời gian trong va chạm Nhận xét: Từ 2 đồ thị ta thấy, trong giới hạn sai số cho phép, vận tốc của vật trước va chạm gấp đôi vận tốc của vật sau va chạm. Kết quả này cho ta nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng áp dụng cho trường hợp đơn giản Thí nghiệm nghiên cứu định luật III Niu – tơn Mục đích thí nghiệm : Khảo sát định luật III Niuton: Khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối. Bố trí thí nghiệm - Đặt máng nằm ngang trên giá nâng máng - Đặt xe có gắn đồng hồ lên máng và nối sợi dây không giãn vào xe thứ nhất, vắt dây qua ròng rọc. - Treo gia trọng vào sợi dây và đặt gia trọng trên giá nâng vật - Nối điện từ hộp biến thế vào máng, từ nguồn vào hộp biến thế - Gắn băng giấy lên máng, giữ giấy phẳng nhờ các nam châm và miếng sắt Thí nghiệm được bố trí như hình dưới đây: Tiến hành thí nghiệm: - Điều chỉnh bút ở đồng hồ sát với mặt giấy sao cho khi đồng hồ hoạt động bút vừa vặn chấm xuống mặt giấy. - Bật công tắc nguồn, đồng hồ bắt đầu hoạt động. - Kéo dây của giá nâng vật ra khỏi chốt và thả nhẹ để gia trọng chuyển động, kéo hai xe chuyển động theo. - Khi hai xe gặp nhau thì ngừng chuyển động, tắt nguồn, rút băng giấy ra để thu thập số liệu. - Dùng thước đo độ dời mà xe đi được trong khoảng thời gian liên tiếp bằng nhau. - Lặp lại thí nghiệm lần 2 với băng giấy khác, khối lượng xe khác. Từ đó tính hiệu các độ dời liên tiếp trong những khoảng thời gian bằng nhau liên tiếp để chứng minh đó là chuyển động nhanh dần đều rồi tính gia tốc của từng vật theo công thức : ∆l= aτ2 . Trong ∆l là hiệu các độ dời liên tiếp mà vật đi được trong những khoảng thời gian liên tiếp bằng nhau τ. Tính lực tương tác theo công thức: F= ma. Kết quả thí nghiệm Thời gian τ = 0,02s l1, l2 lần lượt là độ dời xe 1 (xe có móc buộc dây) và xe 2 (xe gắn ròng rọc) đi được trong những khoảng thời gian bằng nhau τ Xe 1 có khối lượng , xe 2 có khối lượng Nghiên cứu trường hợp xe 2 treo gia trọng =100g Trường hợp 1: + m1 = 338g + m2 = 338g Lần 1 l1 (mm) 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 l2 (mm) 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 Lần 2 l1 (mm) 4.5 5.0 5.5 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 9.5 l2 (mm) 4.0 4.5 5.0 5.0 6.0 6.5 6.5 7.0 7.5 8.5 9.0 Trường hợp 2 (m1=2 m2 ) : + m1 = 676 g + m2 = 338g Lần 1 l1 (mm) 3.0 3.5 4.0 4.5 4.5 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 l2 (mm) 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 10.5 11.5 12.5 13.0 14.0 Lần 2 l1 (mm) 4.0 4.5 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 l2 (mm) 3.5 4.5 5.0 5.5 6.5 7.5 8.5 9.0 10.0 11.0 12.0 Xử lí kết quả Trường hợp 1 Lần 1 ∆l1 (mm) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 ∆l2 (mm) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Lần 2 ∆l1 (mm) 0.5 0.5 1.0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.0 ∆l2 (mm) 0.5 0.5 0.0 1.0 0.5 0.0 0.5 0.5 1.0 0.5 Xử lí kết quả đối với xe 1 Xử lí kết quả đối với xe 2 Lần 1 Giá trị trung bình: ∆l1(mm) = 0,5 a1= 125 cm/s2 Giá trị trung bình: ∆l2(mm) = 0,5 a2 = 125 cm Lần 2 Giá trị trung bình: ∆l1(mm) = 0,5 a1= 125 cm/s2 Giá trị trung bình: ∆l2(mm) = 0,5 a2 = 125 cm Trường hợp 2 Lần 1 ∆l1(mm) 0.5 0.5 0.5 0.0 1.0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 ∆l2(mm) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.5 1.0 1.0 0.5 1.0 Lần 2 ∆l1(mm) 0.5 0.0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 ∆l2(mm) 1.0 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0 0.5 1.0 1.0 1.0 Xử lí kết quả đối với xe 1 Xử lí kết quả đối với xe 2 Lần 1 Giá trị trung bình: ∆l1(mm) = 0,5 a1= 125 cm/s2 Giá trị trung bình: ∆l2(mm) = 0,5 a2 = 225 cm Lần 2 Giá trị trung bình: ∆l1(mm) = 0,5 a1= 112,5 cm/s2 Giá trị trung bình: ∆l2(mm) = 0,5 a2 = 212,5 cm Nhận xét kết quả thí nghiệm - Hai xe chuyển động cùng phương, ngược chiều chứng tỏ lực mà xe 1 tác dụng lên xe 2 và lực mà xe 2 tác dụng trở lại xe 1 là cùng phương, ngược chiều. - Vì lực tương tác tính theo công thức F= ma nên khối lượng hai vật bằng nhau thì khi so sánh hai lực ta chỉ cần so sánh hai gia tốc. + Nếu thì + Nếu thì - Từ bảng số liệu ta có thể kết luận: Hai vec tơ và là hai vec tơ cùng phương, ngược chiều và trong giới hạn sai số cho phép, có thể nói chúng có độ lớn bằng nhau. Nguyên nhân sai số: - Do chưa khử được hết ma sát giữa bánh xe và thanh ray - Do ảnh hưởng của chuyển động của gia trọng - Do khi thả vật có thể làm cho hai vật không chuyển động đồng thời. - Do ma sát giữa ngòi bút và mặt giấy Nhận xét về bộ thí nghiệm sau khi chế tạo Những điểm mới: - Đồng hồ có thiết kế nhỏ gọn, tháo lắp dễ dàng, di chuyển cùng xe và ghi lại chuyển động của xe nên dễ trong nhận thức của học sinh. - Chỉ tiến hành một lần thí nghiệm cho một chuyển động nhưng thu được nhiều số liệu. Kết quả có độ chính xác có thể chấp nhận được với học sinh - Bộ thí nghiệm tương đối gọn, đẹp, chắc chắn, có tính di động khá cao, có thể mang xuống lớp học. - Có thể sử dụng được những thiết bị dùng chung trong phòng thí nghiệm - Đồng hồ hoạt động với hiệu điện thế 12V nên đảm bảo quy tắc an toàn. - Thí nghiệm sử dụng trong các bài học là thí nghiệm mở, học sinh có thể tự thiết kế, tự lắp ráp - So với bộ thí nghiệm trước có sử dụng đồng hồ tương tác từ thì bộ thí nghiệm mới chế tạo có: Pít tông xi lanh được thiết kế dài hơn để giảm sự rung lắc, xe được chế tạo bằng loại gỗ nhẹ hơn. Ngoài các thí nghiệm mà bộ trước có thể tiến hành, bộ thí nghiệm mới chế tạo còn có thể nghiên cứu được định luật III Niu tơn, đáp ứng được đầy đủ hơn nhu cầu của người sử dụng - Bộ thí nghiệm có giá thành rẻ, đơn giản dễ sử dụng nên có thể phổ biến rộng rãi tới các trường phổ thông. Nhược điểm - Bộ thí nghiệm còn có sai số do ma sát giữa bánh xe và thanh ray - Bộ thí nghiệm tương đối cồng kềnh Hướng phát triển Sử dụng đồng hồ đo thời gian kiểu tương tác từ để chế tạo các bộ thí nghiệm mới hoàn thiện hơn: Khắc phục được những nhược điểm của các bộ thí nghiệm đã có Đáp ứng một cách tốt nhất nhu cầu của người sử dụng 7. Soạn thảo tiến trình dạy học sử dụng bộ thí nghiệm 7.1 Chuyển động thẳng đều (mục 5 bài 2 SGK Vật lí 10NC) 7.1.1 Phân tích kiến thức cần xây dựng - Kiến thức cần xây dựng là khái niệm một hiện tượng vật lí: chuyển động thẳng đều. - Khi dạy học khái niệm một hiện tượng vật lí , trước hết cần tạo điều kiện cho học sinh có những biểu tượng rõ ràng, chính xác về hiện tượng đó. Sau đó từng bước giúp học sinh phát hiện được những dấu hiệu bản chất của hiện tượng rồi kiểm tra nhận thức đó bằng thực nghiệm. Cuối cùng diễn đạt thâu tóm định nghĩa hiện tượng. - Chuyển động thẳng đều là chuyển động thẳng, trong đó chất điểm có vận tốc tức thời không đổi. Bản chất của chuyển động thẳng đều thể hiện ở phương trình chuyển động thẳng đều: x=xo+vt - Vấn đề đặt ra là xây dựng được phương trình chuyển động thẳng đều. Mục tiêu - Kiến thức: Phát biểu được định nghĩa chuyển động thẳng đều Viết được phương trình chuyển động thẳng đều - Kĩ năng: Quan sát, phân tích hiện tượng vật lí: quan sát thí nghiệm xe chuyển động thẳng đều. Thực hiện thí nghiệm: chuyển động thẳng đều với bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng sử dụng đồng hồ đo thời gian tương tác từ. Giải bài toán vật lí: giải bài toán tìm phương trình chuyển động thẳng đều. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức Từ thí nghiệm về chuyển động thẳng đều đưa ra định nghĩa chuyển động thẳng đều. Chất điểm chuyển động thẳng đều có phương trình như thế nào? Từ định nghĩa chuyển động thẳng đều, biểu diễn tọa độ x của chất điểm chuyển động thẳng đều theo thời gian t. Theo định nghĩa, gọi vận tốc của chất điểm chuyển động thẳng đều là v không đổi Tại thời điểm ban đầu vật ở vị trí có tọa độ xo Từ định nghĩa vận tốc trung bình và vận tốc tức thời: x-xo = v.t Phương trình chuyển động của chất điểm chuyển động thẳng đều : x = xo + v.t 7.1.4 Lựa chọn phương pháp Sử dụng phối hợp các phương pháp truyền thống: nhóm phương pháp dùng ngôn ngữ, phương pháp thực hành thí nghiệm. Tiến trình dạy học cụ thể Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 1: Định nghĩa chuyển động thẳng đều Sau khi hướng dẫn học sinh tìm hiểu các khái niệm vận tốc trung bình, vận tốc tức thời, giáo viên yêu cầu học sinh chia nhóm tiến hành thí nghiệm chuyển động thẳng đều trên bộ thí nghiệm sử dụng đồng hồ đo thời gian tương tác từ !! Yêu cầu học sinh xác định vận tốc trung bình của vật trên mỗi đoạn đường vật đi được trong 0.02s. !! Yêu cầu học sinh so sánh các vận tốc trung bình đó. Gợi ý hướng đến vận tốc tức thời => Đưa ra định nghĩa chuyển động thẳng đều Chia nhóm tiến hành thí nghiệm Xác định vận tốc trung bình của vật trên mỗi đoạn đường vật đi được trong 0.02s. Nhận xét: các vận tốc trung bình đó gần bằng nhau. - Lắng nghe, ghi nhớ Hoạt động 2: Xây dựng phương trình chuyển động thẳng đều Đặt vấn đề: Ta biết rằng, tính chất của mọi chuyển động luôn được thể hiện trong phương trình chuyển động, phương trình này cho phép ta xác định tọa độ của vật tại một thời điểm bất kì. !! Yêu cầu học sinh xây dựng phương trình chuyển động thẳng đều Gợi ý giải pháp: - Vận tốc tức thời không đổi nên có thể suy ra vận tốc trung bình trên một quãng đường bất kỡ luụn bằng vận tốc tức thời đó. - Vận tốc trung bình liên quan đến độ dời và thời gian - Độ dời liên quan đến tọa độ. => Từ các mối liên hệ đó có thể thành lập phương trình chuyển động thẳng đều. Xây dựng phương trình chuyển động thẳng đều theo gợi ý của giáo viên 7.2 Chuyển động thẳng biến đổi đều (mục 2 bài 4 SGK Vật lí 10NC) 7.2.1 Phân tích kiến thức cần xây dựng - Kiến thức cần xây dựng là khái niệm một hiện tượng vật lí: chuyển động thẳng biến đổi đều. “Chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động thẳng, trong đó gia tốc tức thời không đổi”. Bản chất của chuyển động thẳng biến đổi đều thể hiện ở sự biến đổi của vận tốc theo thời gian: v=vo+at - Vấn đề đặt ra là xây dựng được phương trình thể hiện sự biến đổi của vận tốc theo thời gian. Mục tiêu - Kiến thức: Phát biểu được định nghĩa chuyển động thẳng biến đổi đều Nêu được sự biến đổi vận tốc theo thời gian của chuyển động thẳng biến đổi đều Hiểu, phân biệt được chuyển động thẳng nhanh dần đều và chậm dần đều - Kĩ năng: Quan sát, phân tích hiện tượng vật lí: hiện tượng xe chuyển động trên máng nghiêng. Vẽ đồ thị vận tốc theo thời gian của chuyển động thẳng biến đổi đều. Giải bài toán vật lí: giải bài toán tìm sự phụ thuộc vận tốc theo thời gian của chuyển động thẳng biến đổi đều. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức Từ định nghĩa chuyển động thẳng biến đổi đều, định nghĩa gia tốc, biểu thức giá trị đại số của gia tốc trung bình, ta tìm được biểu thức của vận tốc biến đổi theo thời gian Trong chuyển động thẳng biến đổi đều, vận tốc biến đổi theo thời gian như thế nào? Theo định nghĩa, gọi gia tốc của chất điểm chuyển động thẳng biến đều là a không đổi. Tại thời điểm ban đầu vật có vận tốc vo Từ định nghĩa gia tốc trung bình và gia tốc tức thời: v-vo = a.t Tùy vào dấu của v.a chia làm 2 trường hợp: Chuyển động nhanh dần đều Chuyển động chậm dần đều Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vận tốc theo thời gian của chuyển động thẳng biến đổi đều. Công thức vận tốc trong chuyển động thẳng biến đổi đều : v = vo + a.t Tại thời điểm t, v.a>0 thì chuyển động khi đó là chuyển động nhanh dần đều Tại thời điểm t, v.a<0 thì chuyển động khi đó là chuyển động chậm dần đều Đồ thị vận tốc theo thời gian là một đường thẳng cắt trục tung ở vo và có hệ số góc bằng gia tốc a. Từ thí nghiệm về chuyển động thẳng nhanh dần đều đưa ra định nghĩa chuyển động thẳng biến đổi đều. 7.2.4 Lựa chọn phương pháp Sử dụng nhóm phương pháp dạy học dùng ngôn ngữ. Tiến trình dạy học cụ thể Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 1: Định nghĩa chuyển động thẳng biến đổi đều Hướng dẫn học sinh tìm hiểu các khái niệm gia tốc trung bình, gia tốc tức thời !! Yêu cầu học sinh: dựa vào kết quả bài thực hành trước đó, tính gia tốc trung bình của vật trong mỗi khoảng thời gian 0,02s !! Hãy sánh các gia tốc trung bình đó. Gợi ý hướng đến gia tốc tức thời Đưa ra định nghĩa chuyển động thẳng biến đổi đều Xác định gia tốc trung bình của vật trong mỗi khoảng thời gian 0.02s So sánh: các gia tốc trung bình đó gần bằng nhau. Lắng nghe, ghi nhớ định nghĩa. Hoạt động 2: Tìm hiểu sự phụ thuộc vận tốc theo thời gian của chuyển động thẳng biến đổi đều Đặt vấn đề: vật chuyển động thẳng biến đổi đều có gia tốc, tức là vận tốc của nó biến đổi theo thời gian. Vậy sự biến đổi đó cụ thể như thế nào?... !! Yêu cầu học sinh tìm sự phụ thuộc vận tốc theo thời gian Gợi ý giải pháp: gia tốc tức thời không đổi nên có thể suy ra gia tốc trung bình trên một quãng đường bất kỡ luụn bằng gia tốc tức thời đó. Gia tốc trung bình liên quan đến vận tốc và thời gian. Từ các mối liên hệ đó có thể tìm sự phụ thuộc của vận tốc theo thời gian. Đưa ra định nghĩa chuyển động nhanh, chậm dần đều: “Một vật chuyển động nhanh dần đều khi nó chuyển động biến đổi đều và giá trị vận tốc tăng lên (độ lớn của v lớn hơn độ lớn của vo; ngược lại khi độ lớn của v nhỏ hơn độ lớn vo ta có chuyển động chậm dần đều.” ? Dựa vào phương trình thể hiện sự phụ thuộc vận tốc theo thời gian, em hãy cho biết, trong 2 trường hợp chuyển động nhanh, chậm dần đều thỡ tớch v.a khác nhau như thế nào? - Tìm sự phụ thuộc của vận tốc theo thời gian từ các gợi ý của giáo viên. - Kết luận: v = vo + a.t Tìm đặc điểm của tích v.a trong 2 trường hợp: chuyển động nhanh, chậm dần đều. Kết luận: v.a<0 thì vật chuyển động chậm dần đều. v.a>0 thì vật chuyển động nhanh dần đều. Hoạt động 3: Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của vận tốc theo thời gian !! Yêu cầu học sinh: Từ biểu thức sự phụ thuộc của vận tốc theo thời gian vừa tìm được, hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc đó và chỉ rõ trong đồ thị mà mỗi học sinh vẽ thì dấu của v, a như thế nào? Vẽ và giải thích đồ thị Định luật I Niu-tơn Phân tích kiến thức cần xây dựng - Kiến thức cần xây dựng là một định luật vật lí: định luật I Niu-tơn: “nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều.” - Đây là một trong ba định luật cơ bản nhất của cơ học, định luật này không thể kiểm nghiệm bằng thực nghiệm bởi điều kiện kiểm tra nó là lí tưởng. - Câu hỏi đề xuất vấn đề là: “Nếu một vật không chịu tác dụng của lực hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì trạng thái của vật sẽ có trạng thái như thế nào?” Mục tiêu - Kiến thức: Hiểu và phát biểu được định luật I Niuton - Kĩ năng: Quan sát mô tả và giải thích hiện tượng vật lí: hiện tượng các vật chỉ có thể duy trì vận tốc khi có vật khác tác dụng lên nó. Thực hiện thí nghiệm chuyển động thẳng đều. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức Quan sát thức tế cho thấy: vật chỉ có thể duy trì vận tốc khi có vật khác tác dụng lên nó. Nhưng trong thức tế, vật luôn chịu tác dụng của lực ma sát. Nếu một vật không chịu tác dụng của lực hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì trạng thái của vật sẽ có trạng thái như thế nào? Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều. Tiến hành thí nghiệm một vật chuyển động dưới tác dụng của lực ma sát đã được giảm đến mức tối thiểu có thể. Nhận xét về chuyển động của vật và tưởng tượng đến trạng thái lí tưởng khi vật không chịu tác dụng của lực hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0, rút ra kết luận 7.3.4 Lựa chọn phương pháp dạy học Sử dụng phối hợp nhóm phương pháp dạy học dùng ngôn ngữ, phương pháp biểu diễn thí nghiệm. Tiến trình dạy học cụ thể Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động: Tìm hiểu định luật I Niuton !! Nêu một vài ví dụ về sự không duy trì vận tốc của vật khi không tác dụng lực phát động vào vật, yêu cầu học sinh nhận xét. !! Nhận xét câu trả lời của học sinh và đề xuất vấn đề: “Nếu một vật không chịu tác dụng của lực hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì trạng thái của vật sẽ có trạng thái như thế nào?” Mô tả thí nghiệm lịch sử của Galile !! Yêu cầu học sinh tiến hành thí nghiệm chuyển động thẳng đều. Từ 2 thí nghiệm : ? Khi thực hiện được điều kiện lí tưởng (vật hoàn toàn cô lập, không chịu tác dụng của lực hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0) thì điều gì sẽ xảy ra? => Đó là nội dung định luật I Niu - ton Nhận xét hiện tượng xảy ra trong các ví dụ của giáo viên: vật không duy trì được vận tốc khi không có lực phát động, nhưng đó là do vật chịu tác dụng của lực ma sát. Tiến hành thí nghiệm chuyển động thẳng đều TL: Khi đó vật giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều mãi mãi Định luật II Niu-tơn (mục 1, bài 15 SGK Vật lí 10 NC) Phân tích kiến thức cần xây dựng - Kiến thức cần xây dựng là một định luật vật lí: định luật II Niu-tơn: “Vecto gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của vecto gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của vecto lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.” - Đây là định luật cơ bản của cơ học cổ điển, nó nêu lên biểu hiện của vật đáp trả lại tác động cơ học bên ngoài - Câu hỏi đề xuất vấn đề là: “Gia tốc vật thu được do tác dụng của lực có liên quan như thế nào với lực tác dụng đó?” Mục tiêu - Kiến thức: Hiểu, phát biểu được định luật II Niu-tơn - Kĩ năng: Quan sát, mô tả hiện tượng vật lí: sự thay đổi vận tốc của các vật dưới tác dụng của lực. Thực hiện thí nghiệm: sử dụng bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng kiểm nghiệm định luật II Niu-tơn. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức Tiến hành các thí nghiệm, quan sát thực tế từ đó rút ra nhận xét về sự phụ thuộc của gia tốc vật thu được vào lực tác dụng lên vật. Gia tốc vật thu được do tác dụng của lực có liên quan như thế nào với lực tác dụng đó? Từ quan sát thực tế: gia tốc không chỉ phụ thuộc vào lực tác dụng mà còn phụ thuộc vào khối lượng của chính nó. Khái quát từ nhiều quan sát và thí nghiệm, Niuton đã đưa ra kết luận về mối liên hệ giữa lực, khối lượng và gia tốc của vật. Vec-tơ gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của vec-tơ gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của vecto lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật. Từ quan sát thực tế: lực tác dụng vào vật làm vật biến đổi vận tốc, tức là lực gây ra gia tốc. Có thể kiểm nghiệm kết luận trên như thế nào? Tiến hành thí nghiệm: xác định gia tốc của vật tương ứng với lực tác dụng vào nó. Nhận xét sự thay đổi gia tốc tương ứng với sự thay đổi của lực tác dụng. So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả rút ra từ kết luận trên. Đo gia tốc của vật khi máng nghiêng góc 50 : a1= Đo gia tốc của vật khi máng nghiêng góc 80 : a2= Gia tốc tỉ lệ thuận với lực tác dụng nên khi lực tăng lên 1,5 lần thì gia tốc cũng tăng lên 1,5 lần a2≈1,5. a1 a2= a1≈1,5. a1 Định luật II Niu-tơn: “Vecto gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của vecto gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của vecto lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.” 7.4.4 Lựa chọn phương pháp dạy học Sử dụng phối hợp nhóm phương pháp dạy học dùng ngôn ngữ, phương pháp thực hành thí nghiệm. Tiến trình dạy học cụ thể Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 1: Tìm hiểu định luật II Niu-tơn Đặt vấn đề: ? Hiện tượng gì xảy ra đẩy một chiếc xe đang nằm yên trên mặt đất? Nhận xét câu trả lời và đặt vấn đề cần nghiên cứu: khi đẩy xe tức là tác dụng vào xe 1 lực, xe chuyển từ trạng thái đứng yên sang chuyển động, nghĩa là nó thay đổi vận tốc. Như vậy, lực gây ra sự biến đổi vận tốc, hay nói khác đi lực gây ra gia tốc. Vậy: “Gia tốc vật thu được do tác dụng của lực có liên quan như thế nào với lực tác dụng đú?” !! Yêu cầu học sinh tổng hợp quan sát, kinh nghiệm thu được trong đời sống ! Để trả lời câu hỏi đó, trước hết em hãy tả một vài hiện tượng em gặp phải trong đời sống hàng ngày có liên quan đến sự thu gia tốc khi chịu tác dụng của lực. Gợi mở trong quá trình học sinh tổng hợp kinh nghiệm để đi đến kết luận: gia tốc không chỉ phụ thuộc vào lực tác dụng mà còn phụ thuộc vào khối lượng của chính nó. Phân tích một số ví dụ và yêu cầu học sinh rút ra nhận xét về phương chiều của gia tốc và mối liên hệ giữa độ lớn của lực, khối lượng và gia tốc !! Nhận xét câu trả lời của học sinh Trả lời: khi đẩy xe, xe sẽ chuyển động. Miêu tả các hiện tượng gặp phải trong đời sống hàng ngày có liên quan đến sự thu gia tốc khi chịu tác dụng của lực. Nhận xét : Vecto gia tốc của một vật luụn cựng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của vecto gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của vecto lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.” Hoạt động 2: Kiểm nghiệm kết luận thu được Đặt vấn đề: Rất nhiều thí nghiệm và cả thực tiễn đã chứng minh sự đúng đắn của kết luận trên. Trong phạm vi lớp học, chúng ta tiến hành thí nghiệm nhỏ để kiểm nghiệm lại kết luận này. Trước hết, ta hãy kiểm nghiệm xem cú đỳng gia tốc tỉ lệ thuận với lực tác dụng hay không. !! Yêu cầu học sinh đề xuất phương án thí nghiệm. !! Giới thiệu bộ thí nghiệm và yêu cầu học sinh tiến hành thí nghiệm theo phương án đã đề ra. !! Yêu cầu học sinh so sánh kết quả thí nghiệm với kết quả rút ra từ kết luận và nhận xét. => Vậy, ta có thể khẳng định kết luận trên là đúng đắn. Đú chớnh là nội dung của định luật II Niu-tơn: “Vecto gia tốc của một vật luụn cựng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của vecto gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của vecto lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.” - Đề xuất phương án thí nghiệm kiểm nghiệm kết luận trong trường hợp a~F: xe chuyển động trờn mỏng nghiờng, thay đổi góc nghiêng để thay đổi lực tác dụng, đo gia tốc tương ứng. - Tiến hành thí nghiệm theo phương án đã đề ra. Nhận xét: kết quả thí nghiệm phù hợp với kết quả rút ra từ kết luận trên. Lắng nghe, ghi chép 7.5 Định luật III Niu tơn (mục 2 bài 16 SGK Vật lí 10 NC) 7.5.1 Phân tích kiến thức cần xây dựng - Kiến thức cần xây dựng là một định luật vật lý. Định luật III Niu-tơn: “Khi vật A tác dụng lên vật B một lực thì vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối.” - Ta có thể xây dựng định luật này thông qua sự quan sát trực tiếp và khái quát hóa thực nghiệm hoặc thông qua quan sát trực tiếp và khái quát hóa lý thuyết hoặc xuất phát từ những mệnh đề lý thuyết tổng quát đã biết. - Câu hỏi đề xuất vấn đề : “Lực vật A tác dụng lên vật B và lực vật B tác dụng trở lại vật A có đặc điểm gì về phương, chiều và độ lớn?” 7.5.2 Mục tiêu - Kiến thức Học sinh hiểu và phát biểu được nội dung định luật III Niu-tơn - Kĩ năng Học sinh giải thích được một số hiện tượng dựa vào định luật III Niu-tơn Học sinh vận dụng được định luật III Niu-tơn để giải một số bài tập trong sách giáo khoa và các bài tập tương tự. 7.5.3 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức Quan sát thí nghiệm về sự tương tác giữa hai lò xo chuyển động trong SGK Các ví dụ về sự tác dụng tương hỗ giữa các vật Lực vật A tác dụng lên vật B và lực vật B tác dụng trở lại vật A có đặc điểm gì về phương, chiều và độ lớn? Tiến hành thí nghiệm tương tác giữa hai vật chuyển động. Nhận xét lực tương tác về phương và chiều. Tính độ lớn lực tương tác và rút ra nhận xét. - Tiến hành thí nghiệm Nhận xét về phương và chiều của lực tương tác Tính hiệu quãng đường liên tiếp vật đi được trong những khoảng thời gian bằng nhau Tính gia tốc theo công thức: ∆l= aτ2 Tính lực theo công thức: F= ma. Lực vật A tác dụng lên vật B và lực vật B tác dụng trở lại vật A là hai lực cùng phương, ngược chiều và cùng độ lớn. 7.5.4 Lựa chọn phương pháp dạy học Sử dụng phối hợp nhóm phương pháp dạy học dùng ngôn ngữ, phương pháp biểu diến thí nghiệm Tiến trình dạy học cụ thể Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Đặt vấn đề: Phần 1 học sinh đã biết: khi vật A tác dụng lên vật B một lực thì vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực, đây là sự tác dụng tương hỗ. Vậy lực mà vật A tác dụng lên vật B và lực vật B tác dụng trở lại vật A có đặc điểm gì về phương, chiều và độ lớn? !! Để biết được chính xác đặc điểm của hai lực này chúng ta sẽ tiến hành một thí nghiệm. ? Em hãy đề xuất một phương án tiến hành thí nghiệm để khảo sát đặc điểm của hai lực này. - Giáo viên gợi ý: 1. Muốn khảo sát hai lực mà vật A tác dụng lên vật B và vật B tác dụng trở lại vật A thì trước hết ta cần những dụng cụ nào? 2. Để đo lực tương tác ta sử dụng dụng cụ nào? 3. Khi ta sử dụng hai vật A và B là hai xe chuyển động, không đo trực tiếp lực bằng lực kế. Vậy có cách nào khác để đo độ lớn lực không? Nếu có thỡ cỏch đó là gì? 4. Khi hai vật chuyển động ta có thể đo trực tiếp gia tốc của vật được không? 5. Vậy làm thế nào để đo được lực tương tác ? 6. Nếu chuyển động đó là chuyển động nhanh dần đều thì ta còn có thể tính gia tốc bằng công thức nào? => Vậy ta sẽ sử dụng đồng hồ đo thời gian kiểu tương tác từ để đo thời gian và quãng đường liên tiếp vật đi được trong những khoảng thời gian bằng nhau. !! Giáo viên giới thiệu bộ thí nghiệm !! Giáo viên có thể yêu cầu 1 HS lên tiến hành thí nghiệm cùng với mình và những học sinh còn lại quan sát thí nghiệm hoặc chia theo nhóm, mỗi nhóm tự tiến hành thí nghiệm ? Hãy nhận xét về phương và chiều của lực tương tác giữa hai vật. Vì sao có nhận xét ấy? ? Em hóy tớnh độ lớn của lực tương tác?( giáo viên có thể làm nhiều thí nghiệm vì thí nghiệm này dễ tiến hành và tiến hành khá nhanh để nhiều học sinh cùng tham gia đo trực tiếp số liệu và xử lí số liệu) !! Giáo viên cần lưu ý cho học sinh về khối lượng của hai vật mà ta đang xét (khối lượng hai vật không phải là khối lượng của hai xe mà là khối lượng của xe có móc buộc dây và khối lượng của xe có ròng rọc cộng với khối lượng của gia trọng) ? Chúng ta có thể kết luận gì về đặc điểm của lực tương tác giữa hai vật A và B? !! Giáo viên thông báo: Hai lực này là hai lực trực đối. !! Đặc điểm về phương, chiều và độ lớn của lực mà vật A tác dụng lên vật B và vật B tác dụng trở lại vật A chính là nội dung định luật III Niu-tơn. ? Em hãy phát biểu nội dung định luật này. - Học sinh lắng nghe và suy nghĩ trả lời. Học sinh có thể trả lời các phương án sau: Hai lực này là hai lực khác nhau có phương, chiều và độ lớn khác nhau Hai lực này cú cựng phương, chiều và độ lớn. Hai lực này cú cựng phương, ngược chiều và cùng độ lớn ….. - Học sinh có thể bế tắc - Trước hết ta phải có hai vật A và B - Ta sử dụng lực kế - Ta có thể đo lực thông qua đo khối lượng và đo gia tốc. Áp dụng công thức của định luật II Niu tơn : F = ma ta sẽ tính được độ lớn của lực tương tác - Không thể đo trực tiếp gia tốc của vật - Ta không đo được trực tiếp gia tốc nhưng có thể đo gián tiếp bằng cách đo quãng đường vật chuyển động và khoảng thời gian vật chuyển động hết quãng đường đó theo công thức: x= x0 + v0t + ẵ( at2) vật chuyển động với vận tốc ban đầu bằng 0 - Nếu chuyển động đó là chuyển động nhanh dần đều thì ta còn có thể tính gia tốc theo công thức: ∆l= aτ2 Trong đó ∆l là hiệu quãng đường liên tiếp vật đi được trong những khoảng thời gian bằng nhau - Học sinh lắng nghe - Học sinh quan sát bộ thí nghiệm - Học sinh quan sát giáo viên làm thí nghiệm hoặc tự làm thí nghiệm theo nhóm Nhận xét: lực tương tác giữa 2 xe cùng phương, ngược chiều vì hai xe chuyển động cùng phương nhưng ngược chiều. - Học sinh tiến hành đo các quãng đường mà hai xe đi được trong những khoảng thời gian liên tiếp bằng nhau rồi tính hiệu các quãng đường ấy. Tính gia tốc và tính lực. - Lực tương tác giữa hai vật A và B là hai lực cùng phương, ngược chiều và cùng độ lớn. - Học sinh lắng nghe. Phát biểu: Khi vật A tác dụng lên vật B một lực thì vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối. Định luật bảo toàn động lượng (bài 31 SGK Vật lí 10 NC) Phân tích kiến thức cần xây dựng - Kiến thức cần xây dựng là một định luật vật lí: định luật bảo toàn động lượng. - Để xây dựng định luật này, học sinh nên biết khái niệm động lượng trước. Qua đó học sinh hiểu động lượng là một đại lượng đặc trưng cho độ mạnh, yếu trong va chạm của một vật có vận tốc. Từ đó mới nảy sinh nhu cầu tìm hiểu sự biến đổi của động lượng trong va chạm. - Vấn đề đặt ra là: “Động lượng của hai vật trước và sau va chạm biến đổi như thế nào khi chúng tương tác với nhau trong một hệ kín?” Mục tiêu - Kiến thức: Hiểu, phát biểu được định luật bảo toàn động lượng cho hệ hai vật và cho hệ nhiều vật. - Kĩ năng: Quan sát và mô tả hiện tượng vật lí: hai vật tương tác trong hệ kín. Thực hiện thí nghiệm: sử dụng bộ thí nghiệm chuyển động thẳng kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng trong trường hợp va chạm mềm của hê kín gồm 2 vật. Giải bài toán vật lí: từ định luật II, III Niu-tơn tìm mối liên hệ động lượng hai vật trước và sau va chạm. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức Sử dụng định luật III Niu-tơn thể hiện mối liên hệ giữa 2 lực trong tương tác. Sử dụng định luật II Niu-tơn suy ra mối liên hệ các lực tương tác với vận tốc và khối lượng. Kết hợp 2 mối liên hệ và rút ra kết quả. Động lượng của hai vật trước và sau va chạm biến đổi như thế nào khi chúng tương tác với nhau trong một hệ kín? Vec-tơ tổng động lượng của hệ kín được bảo toàn. Động lượng là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu trong va chạm của một vật có vận tốc, nó là một đại lượng vecto: Khi 2 vật tương tác với nhau trong hệ kín, vận tốc của chúng thay đổi, tức là động lượng thay đổi. Theo định luật III Niu-tơn: Theo định luật II Niu-tơn: Suy ra : Mở rộng cho tương tác của hệ kín nhiều vật: Vec-tơ tổng động lượng của hệ kín được bảo toàn. v=vo/2 v=vo/2 Đo vận tốc của vật trước va chạm: vo= Đo vận tốc của hệ 2 vật sau va chạm mềm: v= 2 vật có khối lượng bằng nhau, 1 vật chuyển động với vận tốc vo đến va chạm với vật kia đang đứng yên, sau va chạm 2 vật dính vào nhau chuyển động cùng vận tốc v. Động lượng của hệ được bảo toàn. Tiến hành thí nghiệm: 2 vật tương tác với nhau (va chạm mềm), đo vận tốc trước và sau va chạm, từ đó tính động lượng trước và sau va chạm, nhận xét. So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả rút ra từ kết luận trên. Có thể kiểm nghiệm kết luận trên như thế nào? Vec-tơ tổng động lượng của hệ kín được bảo toàn. 7.6.4 Lựa chọn phương pháp dạy học Sử dụng phối hợp nhóm phương pháp dạy học dùng ngôn ngữ, phương pháp thực hành thí nghiệm. Tiến trình dạy học cụ thể Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 1: Tìm hiểu định luật bảo toàn động lượng Đặt vấn đề: Động lượng là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu trong va chạm của một vật có vận tốc, nó là một đại lượng vecto: . Khi 2 vật tương tác với nhau trong hệ kín, vận tốc của chúng thay đổi, tức là động lượng thay đổi. Vậy, động lượng của hai vật trước và sau va chạm biến đổi như thế nào khi chúng tương tác với nhau trong một hệ kín? Yêu cầu học sinh đề xuất giải pháp kết hợp với gợi ý: Tìm mối liên hệ động lượng 2 vật trước và sau va chạm tức là tìm mối liên hệ vận tốc trước và sau va chạm. Vận tốc của các vật thay đổi là do trong thời gian va chạm chúng tác dụng lực lên nhau. Các lực tương tác liên hệ với nhau theo định luật III Niuton, các lực lại có mối liên hệ với gia tốc và khối lượng theo định luật II Niuton, mà gia tốc lại có mối liên hệ với vận tốc. Từ các mối liên hệ đó, có thể ta sẽ tìm được mối liên hệ động lượng các vật trước và sau va chạm. !! Yêu cầu học sinh thực hiện theo giải pháp đã đ