Luận án Hình thành một số kiến thức mới bằng giải bài tập trong dạy học vật lý

MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài. Thế kỉ XXI là thế kỉ của chất xám, của trí tuệ, của nền kinh tế tri thức. Sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ và xu hướng toàn cầu hóa mở ra nhiều triển vọng phát triển nhưng cũng đặt ra nhiều thách thức cho mọi quốc gia, bất cứ một đất nước nào nếu không bắt kịp nhịp độ phát triển của thế giới sẽ trở nên bị tụt hậu. Trong thế kỉ này, sự phát triển của kinh tế - xã hội được quyết định bởi con người có trình độ hiểu biết, có văn hóa, có năng lực hành động. Hiện nay, đất nước ta đang tiến hành hai cuộc cách mạng lớn: Cách mạng xã hội chủ nghĩa và cách mạng khoa học công nghệ. Điều đó tác động rất lớn đối với sự nghiệp giáo dục nói chung và nhà trường phổ thông nói riêng. Nó đòi hỏi nhà trường phải góp phần đào tạo cho xã hội những con người làm chủ tương lai thông minh, có năng lực độc lập giải quyết vấn đề, năng động, sáng tạo, có thái độ tích cực, có năng lực tự học để nâng cao trình độ nhận thức đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của xã hội. Muốn làm được điều đó, nhà trường phổ thông trước hết phải trang bị cho học sinh (HS) những tri thức phổ thông, cơ bản, hiện đại phù hợp với đặc điểm tâm, sinh lí lứa tuổi, phù hợp với thực tiễn của đất nước, đồng thời rèn luyện cho HS những kĩ năng, kĩ xảo cần thiết; trên cơ sở đó, phát triển ở họ năng lực nhận thức, năng lực hành động và hình thành thế giới quan khoa học cũng như những phẩm chất đạo đức cần thiết ở con người mới [ 10, tr.142 – 150]. Việc thực hiện các nhiệm vụ dạy học nêu trên sẽ góp phần nâng cao chất lượng của quá trình dạy học. Tuy nhiên, thực trạng dạy học ở nước ta cho thấy: HS, sinh viên tốt nghiệp còn hạn chế về năng lực tư duy sáng tạo. Để khắc phục tình trạng ấy, đã có rất nhiều giải pháp được đưa ra, trong đó vấn đề hoàn thiện phương pháp dạy học đã có, tìm ra phương pháp dạy học mới rất được coi trọng: “ Chuyển từ việc truyền đạt tri thức thụ động, thày giảng, trò ghi sang hướng dẫn người học chủ động tư duy trong quá trình tiếp cận tri thức; dạy cho người học phương pháp tự học, tự thu nhận thông tin một cách hệ thống và có tư duy phân tích tổng hợp, phát triển được năng lực của mỗi cá nhân” [5, tr.6]. Trong dạy học môn vật lí, có thể nâng cao chất lượng học tập cho HS bằng nhiều phương pháp khác nhau. Trong số đó, bài tập vật lí (BTVL) với tính cách là một phương pháp dạy học có tác dụng rất tích cực đến việc giáo dục và phát triển năng lực cho HS, nhất là năng lực giải quyết vấn đề. Nhiều công trình nghiên cứu lí luận về BTVL của các tác giả nước ngoài [4], [14], và các tác giả trong nước [6], [7], [13], chỉ ra rằng BTVL có tác dụng giáo dục rất lớn. BTVL có tác dụng giúp cho HS hình thành, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực tiễn, giúp cho việc đào sâu, mở rộng kiến thức. Không chỉ có vậy, các tác giả cũng chỉ ra rằng BTVL có tác dụng tích cực trong việc hình thành kiến thức mới (KTM) cho HS. Hơn nữa, khi giải BTVL, do phải tự mình phân tích các điều kiện của đầu bài, tự xây dựng những lập luận, kiểm tra và phê phán nhưng kết luận nên kiến thức mà HS thu được là của chính họ, các em sẽ nắm chắc và hiểu sâu hơn. Đồng thời, việc tổ chức cho HS giải BTVL để rút ra KTM sẽ phát huy tính tích cực, làm việc tự lực của các em, rất phù hợp với xu hướng dạy học hiện đại. Tuy nhiên, việc hình thành KTM cho HS bằng cách hướng dẫn họ giải bài tập vẫn chưa được giáo viên (GV) quan tâm đúng mức. Chính vì vậy, việc triển khai đề tài: “ Hình thành một số kiến thức mới bằng giải bài tập trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông” là rất cần thiết. 2. Mục đích nghiên cứu. Trên cơ sở nghiên cứu một số lí luận về BTVL, nội dung chương trình sách giáo khoa (SGK) Vật lí THPT, điều tra thực trạng nắm vững kiến thức vật lí của HS ở trường THPT mà hình thành một số KTM cho HS bằng cách soạn thảo hệ thống BTVL, tổ chức và hướng dẫn cho các em giải nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. 3. Giả thuyết khoa học. Khi dạy học môn vật lí, nếu GV dựa trên cơ sở lí luận của BTVL, mục tiêu dạy học các bài học để soạn thảo một hệ thống bài tập thích hợp nhằm hình thành KTM và coi trọng việc hướng dẫn HS tích cực, tự lực hoạt động tư duy trong quá trình giải bài tập thì chất lượng nắm vững kiến thức của HS sẽ được nâng cao, đồng thời góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho họ. 4. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu. - Các tiết học hình thành KTM trong chương trình SGK Vật lí THPT bằng cách giải bài tập. - Hoạt động của GV và HS trường THPT (Ban Cơ bản và Khoa học xã hội và nhân văn) trong các tiết học ấy. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu. 5.1. Nghiên cứu lí luận về BTVL. 5.2. Điều tra cơ bản thực trạng dạy học của GV và HS ở các tiết học hình thành KTM bằng giải BTVL. 5.3. Nghiên cứu nội dung chương trình SGK Vật lí THPT, từ đó lựa chọn và xác định mục tiêu dạy học một số tiết học hình thành KTM cho HS bằng cách hướng dẫn cho HS giải BTVL. 5.4. Soạn thảo và đề ra cách sử dụng hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM trong một số tiết học nghiên cứu tài liệu mới ( NCTLM). 5.5. Thử nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của hệ thống bài tập, của việc tổ chức và hướng dẫn HS giải BTVL trong một tiết học hình thành KTM nhằm nâng cao lượng nắm vững kiến và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho HS. 6. Phương pháp nghiên cứu. Các phương pháp nghiên cứu chủ yếu được sử dụng trong khóa luận là phân tích lí luận, nghiên cứu sản phẩm hoạt động học tập của HS kết hợp với dự giờ, trò chuyện với GV, HS và thử nghiệm sư phạm. 7. Cấu trúc của khóa luận. Ngoài phần mở đầu, kết luận và 16 tài liệu tham khảo, khóa luận gồm ba chương: Chương 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài. Chương 2. Tổ chức tiết học hình thành KTM bằng giải BTVL. Chương 3. Thử nghiệm sư phạm.

doc54 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 29/01/2013 | Lượt xem: 3002 | Lượt tải: 6download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Luận án Hình thành một số kiến thức mới bằng giải bài tập trong dạy học vật lý, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
) Định luật, nguyên lí; 3) Thuyết; 4) Phương pháp nghiên cứu; 5) Ứng dụng trong đời sống, sản xuất. Một trong những nhiệm vụ chủ yếu nhất của dạy học là đảm bảo cho HS nắm vững những kiến thức cơ bản ở nhà trường. Nắm vững kiến thức không những là hiểu đúng nội hàm, ngoại diên của nó, xác định được vị trí, tác dụng của kiến thức ấy trong hệ thống kiến thức cơ bản đã tiếp thu từ trước, mà còn biết quá trình hình thành nó và vận dụng được nó vào thực tiễn. Sự nắm vững kiến thức có thể được phân biệt ở ba mức độ: biết, hiểu, vận dụng được. - Biết một kiến thức nào đó có nghĩa là nhận ra được nó, phân biệt được nó với các kiến thức khác, kể lại được nội hàm của nó một cách chính xác. Đây là mức tối thiểu HS cần đạt được trọng học tập. - Hiểu một kiến thức là gắn được kiến thức ấy vào các kiến thức đã biết, đưa được nó vào vốn kinh nghiệm của bản thân. Tức là nêu đúng nội hàm và ngoại diên của nó, xác lập được mối quan hệ giữa nó và hệ thống các kiến thức khác và vận dụng được kiến thức ấy vào tình huống quen thuộc dẫn đến có khả năng vận dụng nó một cách linh hoạt, sáng tạo. - Vận dụng được kiến thức vào việc giải quyết các nhiệm vụ của thực tiễn nghĩa là phải tìm được kiến thức thích hợp trong vốn kiến thức đã có để giải quyết một nhiệm vụ mới. Nhờ vận dụng mà kiến thức được nắm vững một cách thật sự, sâu sắc. Để đảm bảo cho HS nắm vững kiến thức vật lí một cách chắc chắn, cần phải hình thành cho họ kĩ năng, kĩ xảo không chỉ vận dụng mà còn chiếm lĩnh kiến thức thông qua nhiều hình thức luyện tập khác nhau. Trong số đó, “việc giải nhiều bài tập, nhiều loại bài tập được sắp xếp có hệ thống từ dễ đến khó là hình thức luyện tập được tiến hành nhiều nhất, do đó có tác dụng quan trọng trong việc hình thành kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vật lí của học sinh” [6, tr.22]. Hiểu theo nghĩa rộng, quá trình học tập là quá trình liên tiếp giải các bài tập. Bởi vậy, kiến thức sẽ được HS hoàn toàn nắm vững nếu họ tự lực, tích cực, vận dụng linh hoạt, thành thạo kiến thức ấy để giải quyết các nhiệm vụ khác nhau. Chất lượng nắm vững kiến thức bước đầu thể hiện ở chất lượng giải các bài tập cơ bản về kiến thức ấy ở mức độ ghi nhớ và hiểu. Còn chất lượng giải hệ thống bài tập phức hợp về một đề tài, chương, phần của chương trình phản ánh chất lượng nắm vững kiến thức và mối quan hệ của chúng trong đề tài, chương, phần đó với nhau và vận dụng chúng trong những tình huống phức tạp, mới. 1.6.2. Mối quan hệ giữa giải BTVL với phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Theo Ph.N.Gônôbôlin: “Trong khoa học tâm lí, người ta coi năng lực là những thuộc tính tâm lí riêng lẻ của cá nhân, nhờ những thuộc tính ấy mà con người hoàn thành tốt đẹp một hoạt động nào đó mà mặc dù bỏ ra ít sức lao động vẫn đạt kết quả cao” [8, tr.61]. P.A.Ruđich còn đưa ra định nghĩa: “Năng lực – đó là tính chất tâm lí của con người chi phối trong quá trình tiếp thu kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo cũng như hiệu quả thực hiện một hành động nhất định” [11, tr.382]. Khi xem xét bản chất của năng lực, cần chú ý tới ba dấu hiệu chủ yếu của nó: 1) Là sự khác biện các thuộc tính tâm lí cá nhân, làm cho người này khác người kia; 2) Chỉ là sự khác biệt có liên quan đến hiệu quả của việc thực hiện một hoạt động nào đó; 3) Được hình thành và phát triển trong quá trình hoạt động của cá nhân. Các nhà tâm lí học thường chia năng lực thành ba mức độ phát triển: năng lực, tài năng, thiên tài. Trong đó năng lực vừa là danh từ chung nhất, vừa chỉ mức độ nhất định biểu thị sự hoàn thành có kết quả một hoạt động nào đó và chúng tôi chỉ quan tâm đến mức độ này trong hoạt động giải BTVL của HS. Năng lực được phân loại theo hai cách phổ biến: theo mức độ phản ánh (năng lực được chia thành năng lực tái tạo và năng lực sáng tạo), theo sự chuyên môn hóa (năng lực được chia thành năng lực chung và năng lực riêng). Mức độ phát triển của năng lực phụ thuộc vào mức độ nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo. Muốn phát triển năng lực, phải nắm vững và vận dụng một cách sáng tạo những kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo đã tích lũy được về một lĩnh vực nhất định. Mặt khác, năng lực giúp cho việc nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo được dễ dàng và nhanh chóng hơn. Tuy nhiên, năng lực khác với kĩ năng,kĩ xảo ở chỗ kĩ năng, kĩ xảo là kết quả của sự luyện tập, học tập, còn để phát triển năng lực, ngoài luyện tập, học tập cần phải có tư chất. Vì vậy, không nên quy tất cả việc phát triển năng lực vào việc cung cấp kiến thức, kĩ năng,kĩ xảo. Giải bài tập là một hình thức tự lực giải quyết một vấn đề nào đó nêu ra trong đầu bài. Ở trình độ thấp là nhận biết những điều kiện có thể áp dụng một giải pháp đã biết vào một tình huống tương tự với các tình huống quen thuộc. Ở trình độ cao hơn, phải thực hiện một loạt những phân tích và biến đổi để có thể áp dụng được giải pháp cơ bản đã biết. Và cuối cùng ở trình độ sáng tạo, phải tìm ra giải pháp mới mà trước đây chưa biết. Với đa số HS phổ thông hiện nay, cần cố gắng đạt đến trình độ thứ hai. Năng lực giải quyết vấn đề của HS được hình thành và phát triển trong giải BTVL. Để đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS trong giải BTVL, chúng tôi dựa vào các tiêu chuẩn sau: - Xác định được chính xác vấn đề cần giải quyết, những cái đã cho và cái phải tìm. - Nhanh chóng phát hiện ra cái quen thuộc đã biết, cái mới phải tìm trong khi giải mỗi BTVL. Hay nhanh chóng phát hiện ra các bài tập cơ bản trong một bài tập phức hợp, quy một bài tập phức hợp về các bài tập cơ bản đã biết, đã được giải thành thạo xuất hiện trong quá trình giải. - Phác thảo, dự kiến những con đường chung có thể có từ đầu đến cuối trước khi tính toán, xây dựng lập luận cụ thể. - Hoàn thành công việc theo từng giải pháp đã dự kiến trong một thời gian ngắn, chọn lựa trong số đó giải pháp tối ưu. - Nhanh chóng qua một số ít bài, tự rút ra một sơ đồ định hướng giải các bài tập cùng loại. - Chuyển tải được sơ đồ định hướng hành động giải các bài tập phức hợp thuộc loại nào đó sang sơ đồ định hướng giải các kiểu, phân kiểu bài tập phức hợp khác. 1.7. Điều tra cơ bản thực trạng dạy học giải BTVL ở trường THPT. Việc điều tra được tiến hành trong năm học 2009 – 2010. Đối tượng điều tra là HS các khối lớp 10, 11, 12 (học chương trình chuẩn) và GV của trường THPT Khoái Châu (Hưng Yên). 1.7.1. Mục đích điều tra. Điều tra thực trạng giảng dạy của GV và nắm vững kiến thức của HS trường THPT Khoái Châu trong một số tiết học NCTLM về vật lí cần nghiên cứu. Trên cơ sở kết quả của quá trình điều tra kết hợp với việc nghiên cứu lí luận về BTVL, nội dụng chương trình SGK mà soạn thảo hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM cho HS trong một số tiết học NCTLM nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. 1.7.2. Các biện pháp điều tra chính. - Dự giờ các tiết học NCTLM và các giờ dạy học bài tập có liên quan. - Trao đổi với GV và HS về tình hình dạy học các tiết học kể trên. - Xem xét vở bài tập và các bài kiểm tra của HS có liên quan đến KTM cần nghiên cứu. 1.7.3. Kết quả. 1) Tình hình dạy của GV. Các GV chủ yếu sử dụng phương pháp diễn giảng kết hợp với hình vẽ, thí nghiệm minh họa. Đôi khi, họ cũng sử dụng những câu hỏi gợi ý HS trong tiến trình bài học. Tuy nhiên những câu hỏi đó chưa định hướng được tư duy HS vào đúng tiến trình giải quyết vấn đề; chưa kích thích được sự chú ý, tích cực, khả năng làm việc tự lực của HS trong tiến trình giải quyết vấn đề của bài học. Việc sử dụng bài tập để hình thành KTM cho HS gần như không được quan tâm. Trong các tiết học NCTLM, GV chỉ thông báo và diễn giảng cho HS hiểu KTM mà không quan tâm đến việc tổ chức hoạt động tự lực chiếm lĩnh KTM của họ. BTVL chỉ được sử dụng ở khâu vận dụng, củng cố và trong các tiết học luyện tập giải bài tập rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn. Các bài này chủ yếu là các bài tập trong SGK và sách bài tập vật lí. 2) Tình hình nắm vững kiến thức của HS. Qua điều tra chúng tôi nhận thấy trong quá trình học tập và giải bài tập, HS gặp các khó khăn chủ yếu và các sai lầm phổ biến sau: - Các em chưa nắm vững kiến thức đã học ở trên lớp và gặp nhiều khó khăn khi tiếp thu các khái niệm, định luật vật lí được xây dựng dựa vào các khái niệm, định luật đã biết. Ví dụ, các em chưa nhận biết được đầy đủ các trường hợp áp dụng định luật bảo toàn động lượng, còn nhiều em không viết phương trình của định luật dưới dạng vectơ. Số đông HS không thể tự xây dựng lại KTM, chỉ có thể phát biểu được định nghĩa, nội dung định luật. - Các em chưa có kĩ năng vận dụng kiến thức, giải bài tập. Các em còn gặp nhiều khó khăn trong việc lựa chọn kiến thức, công thức đã học để vận dụng trong khi giải các bài tập cụ thể. Khi giải bài tập vận dụng định luật bảo toàn động lượng, các em không viết được phương trình vô hướng. Từ thực tế dạy học trên, chúng tôi rút ra kết luận: Để góp phần nâng cao chất lượng học tập và khắc phục những khó khăn của HS, giúp GV kích thích, điều khiển hoạt động tự lực của HS, cần thiết phải xây dựng hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM dựa trên những cơ sở khoa học chặt chẽ, đồng thời chỉ ra được cách sử dụng chúng trong tiến trình lên lớp mỗi tiết học vật lí. CHƯƠNG 2. TỔ CHỨC TIẾT HỌC HÌNH THÀNH KTM BẰNG GIẢI BTVL. 2.1. Mục tiêu dạy học một số bài học vật lí ở trường THPT. 2.1.1. Lực đàn hồi của lò xo. - Nêu được các đặc điểm về lực đàn hồi của lò xo: điểm đặt, hướng, điều kiện xuất hiện. - Phát biểu và viết được công thức của định luật Húc, nêu được ý nghĩa của các đại lượng có trong công thức và đơn vị đo của chúng. - Nêu được định nghĩa giới hạn đàn hồi của lò xo cũng như các vật có khả năng biến dạng đàn hồi. - Sử dụng được các dụng cụ thí nghiệm, đề xuất được các phương án tiến hành các thí nghiệm để phát hiện ra mối quan hệ tỉ lệ giữa độ biến dạng của lò xo và độ lớn của lực đàn hồi. - Biểu diễn được lực đàn hồi của lò xo khi bị giãn và khi bị nén. - Vận dụng được định luật Húc để giải các bài tập đơn giản. 2.1.2. Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng. - Phát biểu được định nghĩa của động lượng, hệ cô lập. - Phát biểu và viết được biểu thức của định luật bảo toàn động lượng; biết rút ra biểu thức của định luật từ các định luật Niutơn. - Nêu được các trường hợp áp dụng định luật. - Từ định luật II Niutơn rút ra được định lí biến thiên động lượng. - Vận dụng định luật bảo toàn động lượng để giải một số bài tập về va chạn mền, chuyển động bằng phản lực. 2.1.3. Định luật Ôm đối với toàn mạch. - Xây dựng được biểu thức của định luật Ôm đối với toàn mạch, phát biểu được định luật, quy ước dấu. - Nêu được định nghĩa của độ giảm thế. - Nêu được mối quan hệ giữa suất điện động và độ giảm thế trên mạch ngoài và mạch trong. - Nêu được định nghĩa về hiện tượng đoản mạch, tác dụng của điện trở trong đối với cường độ dòng điện khi xảy ra đoản mạch, biết được một số hệ quả của định luật. - Rèn luyện kĩ năng logic toán học để xây dựng các công thức vật lí. - Vận dụng định luật Ôm cho toàn mạch để giải một số bài tập dơn giản. 2.1.4. Lực Lorenxơ. - Phát biểu được định nghĩa lực Lorenxơ. Nêu được các đặc điểm về phương, chiều, độ lớn của lực Lorenxơ của từ trường có cảm ứng từ tác dụng lên điện tích q chuyển động. - Xây dựng được công thức xác định được độ lớn của lực Lorenxơ từ biểu thức xác định độ lớn lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều. - Nêu được các đặc trưng cơ bản về chuyển động của hạt mang điện tích trong từ trường đều; viết được công thức tính bán kính vòng tròn quỹ đạo. - Vận dụng kiến thức về lực Lorenxơ để giải một số bài tập đơn giản. 2.1.5. Phản xạ toàn phần. - Nêu được nhận xét về hiện tượng ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác qua quan sát các thí nghiệm tiến hành trên lớp. - Nếu được định nghĩa về hiện tượng phản xạ toàn phần. Viết được công thức xác định góc giới hạn phản xạ toàn phần igh. - Nêu được các điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần. - Trình bày được cấu tạo và tác dụng dẫn sáng của sợi quang, cáp quang. - Giải được một số bài tập đơn giản về hiện tượng phản xạ toàn phần. 2.2. Sử dụng hệ thống bài tập trong một số tiết học hình thành KTM. 2.2.1. Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc [2, tr.71 – 74 ]. Sau khi ôn lại cho HS kiến thức về trọng lực (là lực do Trái Đất hút vật, có điểm đặt tại trọng tâm của vật, phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới, biểu thức xác định độ lớn P = mg), GV có thể đặt vấn đề vào bài bằng cách yêu cầu HS giải bài tập 1: “Có một lò xo nhẹ được giữ cố định một đầu, một vật nặng được móc vào đầu kia của nó. Hãy xác định các lực tác dụng lên vật khi nó đứng yên. Các lực đó có cùng bản chất hay không?” Vật đặt trong trọng trường nên phải chịu tác dụng của trọng lực . Do lò xo nhẹ nên trọng lực tác dụng lên nó có thể bỏ qua. Khi vật đứng yên, từ định luật I Niutơn suy ra phải có một lực hoặc hợp lực tác dụng lên vật cân bằng với trọng lực tác dụng lên nó. HS cần thực hiện lập luận logic: Ngoài Trái Đất, vật chỉ có thể tương tác với lò xo. Do đó, lực tác dụng lên vật cân bằng với trọng lực là lực do lò xo tác dụng lên nó và lực này không thuộc loại lực hấp dẫn nói chung, trọng lực nói riêng. GV thông báo cho HS rằng: lực do lò xo tác dụng lên vật như trên gọi là lực đàn hồi của lò xo. Lực đàn hồi là một loại lực mới. Vậy nó được xác định như thế nào? Câu hỏi đó xuất hiện ở HS là một điều tất yếu. Để giúp HS tìm hiểu các tính chất (điểm đặt, hướng) và điều kiện xuất hiện lực đàn hồi của lò xo, GV yêu cầu HS giải bài tập 2: “Dùng tay kéo hoặc nén một lò xo nhẹ. Hãy xác định điểm đặt, hướng của lực đàn hồi.” HS tiến hành thí nghiệm hoặc nhớ lại những quan sát trong thực tế để đưa ra câu trả lời: - Lực đàn hồi của lò xo xuất hiện khi lò xo bị nén hoặc bị giãn. - Lực đàn hồi có điểm đặt lên các vật gắn với lò xo mà gây ra biến dạng cho lò xo. - Lực đàn hồi ngược hướng với lực gây ra biến dạng cho lò xo. GV đưa ra khái niệm: Lực xuất hiện khi vật bị biến dạng được gọi là lực đàn hồi. Sau khi đưa ra cho HS khái niệm về độ biến dạng của lò xo, GV yêu cầu HS tự rút ra các đặc điểm về độ lớn của lực đàn hồi trong các trường hợp cụ thể ở bài tập 3: “Có một lò xo nhẹ và các quả nặng có khối lượng khác nhau. Hãy tìm cách đo lực đàn hồi ứng với các độ biến dạng khác nhau của lò xo. Từ đó rút ra kết luận về mối quan hệ giữa độ biến dạng của lò xo và độ lớn của lực đàn hồi.” Để giải được bài tập này, HS cần phải dựa vào những kinh nghiệm trong cuộc sống và lời giải bài tập 1: Treo lần lượt các quả nặng vào lò xo. Khi quả nặng đứng yên, lực đàn hồi có độ lớn bằng trọng lực tác dụng lên nó (Fđh=P=mg). Việc đo trọng lực tác dụng lên quả nặng có thể dùng lực kế nếu ta không biết rõ khối lượng của chúng. Bằng cách đó ta sẽ xác định được độ lớn của lực đàn hồi. Hoặc ta cũng có thể đặt quả nặng lên trên các lò xo. Xác định độ lớn của lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo trong các trường hợp tương ứng, ta sẽ xác định được mối quan hệ giữa độ lớn của lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo. Để tiết kiệm thời gian, GV có thể yêu cầu HS làm thí nghiệm với cách treo quả nặng vào lò xo để rút ra kết quả Fđh ~ . Sau đó, GV thông báo: Xét với các lò xo khác nhau cũng được kết quả tương tự và kết quả đó đúng với cả trường hợp lò xo bị nén. Vì vậy có thể khái quát: Lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của nó. Để xây dựng đầy đủ đặc điểm về độ lớn của lực đàn hồi, GV đưa ra cho HS khái niệm giới hạn đàn hồi và phát biểu lại tính chất trên: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo. GV thông báo: Có thể thay dấu “~” bằng dấu “=”, Fđh = k, trong đó k được gọi là độ cứng hay hệ số đàn hồi. Để giúp HS trả lời câu hỏi độ cứng k là một hằng số với mọi lò xo hay là một hệ số đặc trưng riêng cho mỗi lò xo, GV yêu cầu HS giải bài tập 4: “Cho một quả nặng và các lò xo nhẹ có kích thước và chất liệu khác nhau. Hãy đề xuất thí nghiệm đo độ cứng k của các lò xo. Độ cứng k có phải là một hằng số đối với mọi lò xo hay không?” Lời giải là: Lần lượt treo vật vào các lò xo như các bài tập trên. Trong thí nghiệm này, độ lớn của lực đàn hồi là không đổi. Do đó, để so sánh độ cứng của các lò xo ta chỉ cần so sánh độ biến dạng của chúng khi vật đứng yên. Kết quả: Độ cứng của lò xo không phải là một hằng số đối với mọi lò xo và phụ thuộc vào kích thước, vật liệu làm lò xo. GV yêu cầu HS tự rút ra đơn vị đo của độ cứng của lò xo. Cuối cùng, GV thông báo: Khi nghiên cứu mối quan hệ giữa độ lớn của lực đàn hồi với độ biến dạng của lò xo, Rôbớt Húc đã phát hiện ra định luật được gọi là định luật Húc: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo. Fđh = k Các kết quả trên không chỉ đúng cho lò xo mà còn đúng với các vật đàn hồi khác như dây (dây cao su, dây thép) bị kéo dãn hoặc các mặt tiếp xúc bị biến dạng khi ép vào nhau. 2.2.2. Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng. Sau khi HS tìm hiểu khái niệm xụng lượng của lực, GV đặt vấn đề nghiên cứu tác dụng của xung lượng của lực. GV yêu cầu HS giải bài tập 1: “Một vật nhỏ có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc , chịu tác dụng của lực không đổi. Sau thời gian , vật có vận tốc . Hãy tìm mối quan hệ giữa , , và m.” GV có thể đặt các câu hỏi định hướng tư duy HS như sau: - Lực có thể gây ra tác dụng gì? - Trong trường hợp này, đại lượng đặc trưng cho tác dụng của lực là gì? Và đại lượng đó có thể được xác định bằng các cách nào? HS lần lượt trả lời các câu hỏi của GV để giải bài tập. - Lực tác dụng lên vậy có thể gây ra biến dạng cho vật hoặc làm thay đổi vận tốc của vật. - Trong trường hợp của bài tập này, vật có thể xem là một chất điểm. Tác dụng của lực chỉ là làm thay đổi vận tốc của vật. Đại lượng đặc trưng cho sự biến đổi vận tốc là gia tốc. Dưới tác dụng của lực , sau thời gian , vật thay đổi vận tốc từ đến . Theo định nghĩa về gia tốc, ta có: (1) Mặt khác, theo định luật II Niutơn, ta lại có: (2) Từ (1) và (2) suy ra: GV thông báo: Nếu đặt và gọi là động lượng của vật thì ta có thể viết lại biểu thức trên như sau: hay . Từ đó, GV yêu cầu HS phát biểu tác dụng của xung lượng của lực trong khoảng thời gian . Sau đó thông báo rằng đây cũng là cách phát biểu khác của định luật II Niutơn. Sau khi HS nghiên cứu khái niệm hệ cô lập, GV đặt vấn đề: Khi vật chịu tác dụng của một lực thì động lượng của nó thay đổi. Nếu gọi động lượng của một hệ là tổng động lượng của các vật trong hệ thì động lượng của một hệ cô lập mà các vật trong hệ tương tác với nhau thì sẽ như thế nào? Sau đó yêu cầu HS giải bài tập 2: “Tính độ biến thiên động lượng của một hệ cô lập gồm hai vật tương tác với nhau sau thời gian bất kì. Hãy mở rộng kết quả cho hệ cô lập gồm nhiều vật.” GV có thể đưa ra các câu hỏi định hướng tư duy của HS như sau: Độ biến thiên động lượng của hệ và độ biến thiên động lượng của các vật trong hệ có mối quan hệ hay không? Nếu có thì mối quan hệ đó là gì? Để giải được bài tập này, HS cần vận dụng kiến thức về khái niệm hệ cô lập, định luật III Niutơn và kết quả của bài tập 1. HS tiến hành lập luận logic để rút ra rằng độ biến thiên động lượng của hệ bằng tổng độ biến thiên động lượng của các vật trong hệ. Trong đó, và là độ biến thiên động lượng của các vật trong hệ. Theo kết quả của bài tập 1, nếu gọi và lần lượt là các lực hoặc hợp lực tác dụng lên vật 1 và vật 2 thì: và . Do hệ đang xét là hệ cô lập nên và là các nội lực. Theo định luật III Niutơn thì = - . Suy ra: = – GV khái quát hóa: Bằng cách chứng minh tương tự, có thể mở rộng kết quả cho một hệ cô lập gồm n vật: . GV lưu ý với HS: Kết quả chứng minh ở trên cho thấy, đối với hệ cô lập, độ biến thiên động lượng của hệ hay . Tức là động lượng của một hệ cô lập đại lượng bảo toàn. Nó không những không đổi về độ lớn mà còn không đổi về cả hướng. Sau đó, GV thông báo với HS: Tuy chúng ta rút ra định luật bảo toàn động lượng từ các định luật Niutơn nhưng định luật này không phải là trường hợp riêng của các định luật Niutơn. Nó là một rong các định luật tổng quát nhất của tự nhiên, đúng cho bất kì một loại tương tác nào và nó vẫn nghiệm đúng trong cả các trường hợp các định luật Niutơn bị vi phạm. Định luật bảo toàn động lượng chỉ đúng trong hệ quy chiếu quán tính. Trong hệ quy chiếu phi quán tính,các lực quán tính phải xem như ngoại lực, nên hệ cô lập trở thành hệ không cô lập. Nhưng do HS ban cơ bản không học hệ quy chiếu phi quán tính nên GV chỉ chú ý HS khi áp dụng định luật, các vận tốc đều phải quy về vận tốc so với Trái Đất (gần đúng khi xét các vật chuyển động trên mặt đất). Có thể lấy một bài tập cụ thể yêu cầu HS giải: “ Một người có khối lượng m = 60 kg ngồi trên một chiếc xe có khối lượng M = 240 kg đang chuyển động với vận tốc v1 = 2m/s. Tìm vận tốc của người và xe khi người rời xe bằng cách nhảy ra phía trước xe với vận tốc v2 = 1m/s so với xe.” 2.2.3. Định luật Ôm đối với toàn mạch [3, tr.50 – 54]. GV giới thiệu cho HS về mạch kín: Mạch kín là một hệ bao gồm nguồn điện, các thiết bị tiêu thụ điện và các phần tử khác nhau được nối với nhau bằng dây dẫn để cho dòng điện chạy qua. Mạch kín đơn giản nhất là mạch gồm nguồn điện có điện trở trong, suất điện động E và một điện trở ngoài R (Hình 1). GV có thể đưa ra khái niệm sơ bộ về đoạn mạch để HS có thể phân biệt được đoạn mạch và mạch kín: Đoạn mạch là một phấn tử của mạch kín, gồm một hoặc một vài phần tử của mạch kín. C B A E, r I R D Hình 1 Ví dụ: Đoạn mạch ABC chứa nguồn, đoạn mạch ADB chứa điện trở R. Tiếp đó, GV thông báo: Thực nghiệm cho thấy, nếu thay đổi một trong các đại lượng E, r, R, I thì các đại lượng còn lại cũng thay đổi. Từ đó, GV đặt vấn đề nghiên cứu mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho mạch kín và yêu cầu HS giải bài tập 1: “Cho mạch kín gồm có một nguồn có suất điện động E, điện trở trong r, mạch ngoài có điện trở R. a) Tính công do nguồn điện sinh ra, điện năng tiêu thụ trên các trở trong thời gian t. b) Xác định mối quan hệ giữa công sinh ra bởi nguồn điện và điện năng tiêu thụ ở mạch ngoài. Từ đó rút ra mối liên hệ giữa suất điện động E với độ giảm thế ở các đoạn mạch; tìm biểu thức tính cường độ dòng điện chạy trong mạch.” Để giải ý a của bài tập này, HS chỉ cần vận dụng các kiến thức đã học. HS có thể dễ dàng tính được công do nguồn điện sinh ra và điện năng tiêu thụ trên các trở trong thời gian t. Điện năng tiêu thụ trên các trở chuyển thành nhiệt năng. Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R: . Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở trong của nguồn: Công của nguồn điện: Để giải ý b, GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi: Điện năng do nguồn cung cấp chuyển hóa thành những dạng năng lượng nào? Năng lượng đó được tiêu thụ ở những đâu? Câu trả lời cho câu hỏi này là: Điện năng do nguồn cung cấp được chuyển hóa thành nhiệt năng tỏa ra trên các điện trở nếu bỏ qua điện trở của dây dẫn và mối nối. Sau khi trả lời được câu hỏi đó, HS sẽ thiết lập được các mối quan hệ cần thiết giữa các đại lượng. Theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, năng lượng sinh ra trong một khoảng thời gian phải bằng năng lượng tiêu thụ trong khoảng thời gian đó: (1) GV thông báo: Tích của cường độ dòng điện và điện trở được gọi là độ giảm thế. IR và Ir lần lượt là độ giảm thế trên các trở R và r. Từ đó, HS sẽ rút ra nhận xét: Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm thế ở mạch trong và mạch ngoài. Từ (1), HS cũng sẽ rút ra được biểu thức tính cường độ dòng điện chạy trong mạch kín: (2) GV thông báo: Từ nhiều thí nghiệm chính xác của mình, Ôm đã tìm ra được biểu thức tính cường độ dòng điện trong mạch kín như trên. Biểu thức này chính là biểu thức của định luật Ôm cho toàn mạch. Tiếp đó, GV yêu cầu HS phát biểu định luật: Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó. Từ kết quả của bài tập 1, GV yêu cầu HS rút ra một số hệ quả thông qua việc giải bài tập 2: “Tính hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện và nhận xét kết quả thu được trong các trường hợp sau: a) Mạch hở. b) Điện trở trong của nguồn rất nhỏ, có thể bỏ qua (r 0). c) Điện trở ngoài không đáng kể (R 0). Để giải bài tập này, đầu tiên, GV yêu cầu HS xác định xem hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện là hiệu điện thế giữa hai điểm nào (hình 1)? Từ đó, yêu cầu HS rút ra công thức xác định hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện từ biểu thức của định luật Ôm cho toàn mạch. Lời giải của bài tập: Trong trường hợp mạch điện có sơ đồ như hình vẽ ở bài tập 1, hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện là hiệu điện thế giữa A và B hay chính là độ giảm thế ở mạch ngoài: Theo biểu thức của định luật Ôm cho toàn mạch: Nếu mạch hở, trong mạch không có dòng điện chạy qua (I = 0). Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện là: Nhận xét: Khi mạch ngoài hở, hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn bằng suất điện động của nguồn. b) Khi mạch ngoài hở hoặc điện trở trong của nguồn nhỏ không đánh kể (r0) thì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn là: Nhận xét: Nếu điện trở trong của nguồn nhỏ không đáng kể thì điện thế giữa hai cực của nguồn cũng bằng suất điện động của nguồn. GV thông báo: Để đo suất điện động của nguồn, ta có thể đo hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn khi điện trở mạch ngoài rất lớn (R r). Khi điện trở mạch ngoài không đánh kể (R = 0), theo biểu thức của định luật Ôm cho toàn mạch, cường độ dòng điện trong mạch: Nhận xét: Cường độ dòng điện trong mạch chỉ phụ thuộc vào suất điện động và điện trở trong của nguồn. Và lúc này, cường độ dòng điện đặt giá trị lớn nhất. GV thông báo: Khi điện trở mạch ngoài không đáng kể (R = 0), ta nói rằng nguồn bị đoản mạch. Khi xảy ra đoản mạch, cường độ dòng điện rất lớn, nếu điện trở trong của nguồn nhỏ có thể gây hỏng nguồn, các dây dẫn bị đốt cháy. GV có thể đưa ví dụ về hiện tượng đoản mạch của acquy ôtô, xe máy khi khởi động hoặc khi bóp còi. Để sử dụng acquy bền hơn thì chỉ ấn công tắc khởi động hoặc bóp còi mỗi lần khoảng vài giây và không quá hai, ba lần. GV đặt vấn đề nghiên cứu định luật Ôm đối với cả đoạn mạch có chứa máy thu: Ở trên, chúng ta mới chỉ thành lập biểu thức của định luật Ôm cho đoạn mạch đơn giản. Nếu đoạn mạch còn chứa cả máy thu thì định luật Ôm cho đoạn mạch sẽ như thế nào? Đối với HS học chương trình chuẩn, do không nghiên cứu về khái niệm suất phản điện và điện năng tiêu thụ của máy thu nên GV có thể thông báo cho HS: Đối với đoạn mạch có chứa cả nguồn và máy thu ghép nối tiếp, biểu thức của định luật Ôm cho toàn mạch có dạng: Với quy ước dấu: Ei > 0 nếu đó là nguồn và Ei < 0 nếu đó là máy thu; ri là điện trở trong của nguồn hoặc máy thu. Đối với HS học chương trình nâng cao, để trả lời câu hỏi đặt ra ở trên, GV ý HS giải bài tập 3: “Bằng cách áp dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, tìm biểu thức của cường độ dòng điện trong mạch kín có chứa máy thu (Hình 2)." Bài tập này giải tượng tự như bài tập 1. HS phải tính năng lượng do nguồn cung cấp và năng lượng tiêu thụ trên các thiết bị. Năng lượng do nguồn cung cấp trong thời gian t: E, r R E’, r’ I Hình 2 Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở trong của nguồn và điện trở mạch ngoài: Năng lượng tiêu thụ trên máy thu: Theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, năng lượng do nguồn cung cấp bằng năng lượng tiêu thụ trên tất cả các thiết bị trong cùng một thời gian: GV có thể tổng kết kết quả bài tập 1 và bài tập 3: Khi tính toán, ta có thể xem máy thu là một nguồn điện có suất điện động âm. Như vậy biểu thức của định luật Ôm cho toàn mạch có các nguồn mắc nối tiếp là: Trong đó, Ei và ri là suất điện động và điện trở trong của các nguồn, R là điện trở tổng cộng của mạch ngoài. Cuối cùng, GV cần lưu ý với HS quy ước: Dòng điện có chiều đi ra ở cực dương và đi vào ở cực âm của nguồn điện; đi vào ở cực dương và đi ra ở cực âm của máy thu. 2.2.4. Lực Lorenxơ [3, tr.134 – 138]. Lực tác dụng lên điện tích chuyển động được rút ra từ việc nghiên cứu lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn kim loại có dòng điện chạy qua trên cơ sở định nghĩa dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt electrôn tự do. Vì vậy, sau khi ôn lại kiến thức về lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện (phương, chiều, độ lớn) cho HS qua kiểm tra đầu giờ, GV có thể đặt vấn đề: Đã biết rằng, một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực từ. Mặt khác, dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện. Như vậy, liệu rằng các điện tích chuyển động trong từ trường có chịu tác dụng của lực từ hay không? Để giúp HS trả lời câu hỏi này, GV yêu cầu HS giải bài tập 1: “Khi đặt một dây dẫn kim loại mang dòng điện vào trong từ trường, từng electrôn dẫn trong dây kim loại chuyển động có hướng tạo thành dòng điện có chịu tác dụng của lực từ hay không? Nếu có thì lực từ ấy có mối quan hệ gì với lực từ tác dụng lên toàn bộ dây dẫn?” Để HS có thể giải bài tập này, GV cần định hướng cho HS: Sự khác nhau cơ bản giữa một đoạn dây dẫn có dòng điện và đoạn dây dẫn không có dòng điện là gì? Câu trả lời cho câu hỏi trên là: Trong đoạn dây dẫn có dòng điện, các hạt mang điện tự do chuyển dời có hướng tạo thành dòng điện. Còn trong đoạn dây dẫn không có dòng điện không có dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tự do. HS thực hiện các suy luận logic để tìm câu trả lời cho bài tập 1. Điểm khác nhau nêu trên cũng là điểm khác nhau duy nhất giữa hai đoạn dây dẫn đó. Khi đặt trong từ trường, chỉ có đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua mới chịu tác dụng của lực từ. Như vậy có nghĩa là chỉ có đoạn dây chứa các điện tích chuyển động có hướng mới chịu tác dụng của lực từ. Do đó, các electrôn chuyển động có hướng mới chịu tác dụng của lực từ và lực từ tác dụng lên toàn bộ dây dẫn phải là hợp lực của các lực từ tác dụng lên các điện tích chuyển động: . GV thông báo: Bằng các thí nghiệm và các quan sát, người ta đã chứng minh được rằng mọi điện tích chuyển động trong từ trường đều chịu tác dụng của lực từ. Hendrich Antoon Lorenxơ – nhà bác học người Hà Lan – đã nghiên cứu về lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động. Để ghi nhận công lao của ông, người ta gọi lực từ tác dụng lên điện tích là lực Lorenxơ (Lorentz). GV có thể yêu cầu HS đưa ra định nghĩa về lực Lorenxơ: Lực Lorenxơ là lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động trong từ trường. Tiếp theo, GV tổ chức hoạt động nhận thức của HS để tìm hiểu các đặc điểm của lực Lorenxơ. Lực Lorenxơ là lực từ tác dụng lên các điện tích chuyển động trrong từ trường thì tất nhiên điểm đặt của nó phải chính là các điện tích này. Điều này HS có thể dễ dàng thu được. Để xác định hướng của lực Lorenxơ, GV yêu cầu HS giải bài tập 2: “Từ việc xác định phương, chiều của lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện, hãy xác định xem phương của lực Lorenxơ phụ thuộc vào các yếu tố nào và mối quan hệ đó là như thế nào?” Để tìm lời giải cho bài tập này, HS cần thực hiện các lập luận logic. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện có liên quan chặt chẽ đến hướng của vectơ cảm ứng từ , phương của dây dẫn và chiều của dòng điện. Nếu coi các hạt tải điện trong dây dẫn là cùng loại, dưới tác dụng của điện trường, các hạt chuyển động cùng hướng với nhau thì phương và chiều của các lực Lorenxơ tác dụng lên chúng phải giống nhau. Tức là và hướng của các lực Lorenxơ tác dụng lên các hạt tải điện cùng hướng với hướng của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn (). Như vậy, hướng của lực Lorenxơ cũng phụ thuộc vào hướng của vectơ cảm ứng từ , phương của dây dẫn và chiều của dòng điện. Mặt khác, chiều của dòng điện phụ thuộc vào dấu của điện tích các hạt tải và chiều chuyển động có hướng của chúng. Do đó, phương chiều của lực Lorenxơ tác dụng lên một điện tích phụ thuộc vào hướng của vectơ cảm ứng từ , dấu của điện tích và hướng của vectơ vận tốc của nó. Lực Lorenxơ cùng hướng với lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn . HS đã được biết lực từ có phương vuông góc với dây dẫn và cảm ứng từ nên lực Lorenxơ cũng có phương vuông góc với mặt phẳng chứa cảm ứng từ và vectơ vận tốc . Chiều của lực từ được xác định thông qua chiều dòng điện và chiều vectơ cảm ứng từ nên chiều của lực Lorenxơ cũng được xác định thông qua chiều của vectơ cảm ứng từ , chiều của vectơ vận tốc và dấu của điện tích. GV yêu cầu HS xác định chiều của lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn kim loại có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường (có cho biết trước chiều dòng điện và hướng của vectơ cảm ứng từ ), xác định chiều của vectơ vận tốc của các electron. Nếu coi dòng điện trong dây dẫn là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích dương thì hướng của vectơ vận tốc của các hạt là hướng nào? Từ đó, GV có thể yêu cầu HS tự rút ra hoặc có thể đưa ra cho HS quy tắc bàn tay trái để xác định chiều của lực Lorenxơ: Để bàn tay trái mở rộng sao cho từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều của khi q > 0 và ngược chiều khi q < 0. Lúc đó, chiều của lực Lorenxơ là chiều ngón cái choãi ra. Để tìm biểu thức xác định độ lớn của lực Lorenxơ, GV yêu cầu HS giải bài tập 3: “Một dây dẫn kim loại mang dòng điện cường độ I được đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ . Gọi α là góc hợp bởi vectơ và phần tử dòng điện . Giả sử rằng, các electron tự do trong dât dẫn kim loại chuyển động có hướng với cùng vận tốc .Hãy tìm biểu thức xác định lực Lorenxơ tác dụng lên mỗi điện tích.” Trước hết HS cần tính lực từ tác dụng lên cả đoạn dây dẫn dài l: Theo kết quả của bài tập 1: . Mặt khác, theo giả thiết ban đầu, các electron có cùng vận tốc chuyển động có hướng nên lực Lorenxơ tác dụng lên chúng phải bằng nhau. Do đó, nếu có N electron chuyển động có hướng tạo thành dòng điện trong đoạn dây dẫn và lực Lorenxơ tác dụng lên mỗi đoạn dây dẫn là thì ta có: = N GV cần định hướng cho HS: N, l là các đại lượng chúng ta không được biết và chúng cũng không đặc trưng cho electron dẫn. Nên để tìm biểu thức xác định độ lớn của lực Lorenxơ, ta phải tìm mối liên hệ giữa chiều dài l của đoạn dây và số electron N trong dây dẫn. Cường độ dòng điện I cũng không phải là đại lượng đặc trưng cho các electron ta đang xét nên ta phải biểu diễn nó qua các đại lượng khác đặc trưng cho electron dẫn. Trong điều kiện cụ thể của bài tập này, cường độ dòng điện chỉ có thể được biểu diễn qua điện tích bằng công thức định nghĩa của nó: Nếu xét là thời gian để độ dời của electron là l và gọi n là số electron chuyển qua một tiết diện thẳng của dây dẫn sau một khoảng thời gian thì: và (Trong đó: , e = 1,6.10-19 C) Do đó: Do electron mang điện âm nên Vì vậy, có thể lấy: . GV khái quát hóa: Từ nhiều thí nghiệm chính xác của mình, Lorenxơ thấy kết quả trên nghiệm đúng với các điện tích q bất kì. Mặt khác, trong phép biến đổi, ta cũng chỉ lấy giá trị độ lớn của điện tích mà không quan tâm đến dấu của điện tích nên kết quả trên đúng với cả hai loại điện tích. Vì vậy, lực Lorenxơ tác dụng lên điện tích q chuyển động với vận tốc trong từ trường là: ( Với ) 2.2.5. Phản xạ toàn phần [3, tr.168 – 173]. Sau khi ôn lại cho HS kiến thức về hiện tượng khúc xạ ánh sáng và khái niệm chiết suất, GV có thể đặt vấn đề vào bài bằng cách yêu cầu HS giải bài tập 1: “ Chùm sáng đơn sắc hẹp coi như một tia sáng được chiếu từ thuỷ tinh có chiết suất n = ra không khí (coi chiết suất bằng 1) với các góc tới là i 45o. Hãy tiến hành thí nghiệm và nhận xét hiện tượng xảy ra”. GV giúp HS lựa chọn dụng cụ, bố trí và tiến hành thí nghiệm chiếu chùm sáng hẹp từ thủy tinh ra không khí, tăng dần góc tới i (hình 3) S I1 I2 I3 i<igh i=igh i>igh (2) (1) Hình 3 Từ đó, HS đưa ra nhận xét: Khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn (thủy tinh) sang môi trường chiết quang kém hơn (không khí) thì: Nếu góc tới i 45o thì không còn tia khúc xạ nữa, tia sáng bị phản xạ toàn bộ tại mặt phân cách. GV thông báo: Trong thí nghiệm trên khi góc tới i > 45o, tia sáng bị phản xạ toàn bộ trở về môi trường cũ.Hiện tượng này được gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần. Khi tia khúc xạ là là mặt phân cách giữa hai môi trường, góc tới đạt giá trị xác định i = igh, igh gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần hay góc tới hạn và bắt đầu xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. GV yêu cầu HS đưa ra định nghĩa sơ bộ về hiện tượng phản xạ toàn phần: Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. Để củng cố kiến thức vừa học cho HS, GV yêu cầu HS giải bài tập 2: “ Trong trường hợp ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn vào môi trường chiết quang kém hơn: So sánh góc khúc xạ và góc tới. Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần. Chứng minh khi i > igh, không còn tia khúc xạ.” HS vận dụng kiến thức đã học để giải bài tập: Theo công thức của định luật khúc xạ ánh sáng: sinr = sini Trong đó: n1, n2 lần lượt là chiết suất của môi trường (1) (chứa tia tới) và môi trường (2) (chứa tia khúc xạ). Theo giả thiết n2 > 1 sinr > sini r > i. Vậy: Khi ánh sang truyền vào môi trường chiết quang kém hơn, góc khúc xạ lớn hơn góc tới. Khi i = igh , tia khúc xạ đi là là mặt phân cách ( r = 90o). Giả sử khi i > igh,có tia khúc xạ, theo định luật khúc xạ ánh sáng ta có: Mà (vô lí) Vậy khi i > igh, không còn tia khúc xạ. Điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần được HS tìm ra bằng việc giải bài tập thứ ba do GV nêu ra: “ Hãy chứng minh rằng khi ánh sáng truyền vào môi trường chiết quang hơn thì không thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Từ đó hãy đưa ra các điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần.” HS vận dụng tính thuận nghịch của sự truyền ánh sang và kết quả bài tập 1 để giải bài tập: Trong thí nghiệm, khi tăng góc tới từ 0o đến igh thì góc khúc xạ tăng từ 0o đến 90o. Theo tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng, nếu ánh sáng truyền vào môi trường chiết quang hơn (theo chiều ngược lại) thì khi tăng góc tới từ 0o đến 90o thì góc khúc xạ tăng từ 0o đến igh , luôn có tia khúc xạ, không xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Như vậy để xảy ra phản xạ toàn phần thì phải có hai điều kiện sau: - Ánh sáng truyền từ một môi trường đến môi trường chiết quang kém hơn ( n2 < n1). - Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn : i > igh. CHƯƠNG 3. THỬ NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1. Mục đích thử nghiệm sư phạm (TNSP). - Nghiên cứu tính khả thi và hiệu quả của hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM đã soạn thảo cũng như cách thức hướng dẫn HS giải chúng trong một số tiết học NCTLM nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. - Đối chiếu với kết quả TNSP với kết quả điều tra ban đầu (mục 1.7, chương 1). Từ đó sử lí, phân tích kết quả để đánh giả khả năng áp dụng hệ thống bài tập đã đề xuất và cách sử dụng nó trong thực tiễn dạy học. 3.2. Đối tượng TNSP. Đối tượng TNSP là HS lớp 11 (học chương trình cơ bản) trường THPT Khoái Châu (Hưng Yên). 3.3. Tiến hành TNSP. TNSP được tiến hành trong thời gian thực tập sư phạm tại trường THPT Khoái Châu, từ tháng 3 đến tháng 4 năm 2010. Đầu đợt thực tập, chúng tôi đã gặp tổ trưởng bộ môn vật lí và nhờ chọn hai GV thực nghiệm thỏa mãn tương đương nhau một số tiêu chuẩn chính: 1) Có trình độ chuyên môn – nghiệp vụ vững vàng; 2) Có trách nhiệm cao; 3) Dạy ít nhất hai lớp 11 học chương trình cơ bản; 4) Trong số các lớp 11 mà GV đó dạy, có hai lớp 11 có mọi nhân tố, điều kiện ảnh hưởng đến kết quả và chất lượng học tập của HS khá tương đồng. Sau đó, chúng tôi xem xét và chọn cặp lớp đối chứng và thực nghiệm trong số các lớp 11 mà các GV đó dạy tương đương về mọi mặt (kết quả học tập ở THCS và lớp 10; kết quả học các môn có liên quan khác như toán, hóa,…; ảnh hưởng của địa phương; trang thiết bị học tập trong lớp). Nhóm thực nghiệm chúng tôi chọn được hai lớp (11A8 và 11D) có 86 HS, nhóm đối chứng cũng chọn được hai lớp (11A6 và 11A7) có 81 HS. Do điều kiện thời gian tiến hành ngắn, chúng tôi chỉ tiến hành TNSP bài: “Phản xạ toàn phần” [3, tr.168 – 173]. Ở lớp đối chứng, GV sử dụng bài tập và dạy theo cách của mình. Ở lớp thực nghiệm, GV sử dụng hệ thống bài tập và theo cách chúng tôi đề xuất [mục 2.2, chương 2] 3.4. Kết quả TNSP. Để đánh giá kết quả TNSP, chúng tôi tiến hành dự giờ và yêu cầu HS thuộc đối tượng trên làm bài kiểm tra 15 phút (trắc nghiệm khách quan) sau tiết học. Các câu hỏi trong đề kiểm tra đều có bốn phương án để lựa chọn, không có câu hỏi nào giống hệt câu hỏi trong SGK và sách bài tập. Đề bài được in sẵn và phát cho mỗi HS một đề, các em ngồi gần nhau làm bài với đề khác nhau bằng cách chuyển đề gốc ( đảo thứ tự các câu hỏi và các phương án trả lời trong mỗi câu hỏi). Nội dung đề kiểm tra: Câu 1: Khi xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần: A. Tia khúc xạ luôn đi là là mặt phân cách. Tia khúc xạ có phương trùng với pháp tuyến tại điểm tới. Tia sáng bị phản xạ toàn bộ tại mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. Góc tới nhỏ hơn góc khúc xạ. Câu 2: Khi ánh sáng truyền từ môi trường trong suốt có chiết suất n1 sang môi trường có chiết suất n2, điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần là: n21 > 1, i igh C. n21 <1, i igh n21 > 1, i igh D. n21 < 1 , i igh Câu 3: Chọn kết luận sai. A. Ta luôn có tia khúc xạ khi tia sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ sang môi trường có chiết suất lớn hơn. B. Ta luôn có tia khúc xạ khi tia sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn. C. Khi chùm tia sáng phản xạ toàn phần thì không có tia khúc xạ. D. Khi có phản xạ toàn phần thì cường độ sáng của chùm tia phản xạ gần bằng cường độ sáng của chùm tia tới. Câu 4: Khi có hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra thì: A. Mọi tia tới đều bị phản xạ và tuân theo định luật phản xạ ánh sáng. B. Chỉ có một phần nhỏ của chùm tia tới bị khúc xạ. C. Tia phản xạ rất sáng còn tia khúc xạ rất mờ. D. Toàn bộ chùm sáng tới bị giữ lại ở mặt phản xạ. Câu 5: Chiếu một chùm sáng hẹp từ môi trường có chiết suất n ra không khí với góc tới i thì: A. Luôn có tia khúc xạ. B. Chỉ có tia khúc xạ khi . C. Chỉ có tia khúc xạ khi D. Chỉ có phản xạ toàn phần khi . Câu 6: Phản xạ toàn phần có thể xảy ra khi: Ánh sáng truyền từ không khí vào nước. Ánh sáng thủy tinh ra không khí. Ánh sáng truyền vào môi trường chiết quang hơn. Ánh sáng truyền từ nước ( n1 = ) vào thủy tinh ( n2 = 1,5) Câu 7: Khi ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất n1 vào môi trường có chiết suất n2 và n2 < n1, góc giới hạn phản xạ toàn phần được xác định bởi công thức: sinigh = C. igh = sinigh = D. igh = Câu 8: Có ba môi trường trong suốt có chiết suất lần lượt là n1, n2, n3 (n1>n2, n1 > n3 ).Khi tia sáng truyền từ môi trường (1) sang môi trường (2) góc giới hạn phản xạ toàn phần là 30o, truyền từ môi trường (1) vào môi trường (3) góc giới hạn phản xạ toàn phần là 45o. Góc giới hạn phản xạ toàn phần (tính tròn số) khi tia sáng truyền từ môi trường (3) sang môi trường (2) là A. 30o C. 60o B. 45o D. Không xảy ra phản xạ toàn phần. Câu 9: Chọn câu đúng về sự phản xạ toàn phần tại mặt phân cách giữa thủy tinh có chiết suất và nước có chiết suất . A. Phản xạ toàn phần xảy ra khi các tia sáng đi từ thủy tinh đến mặt phân cách với góc tới i > igh () B. Phản xạ toàn phần xảy ra khi các tia sáng đi từ nước đến mặt phân cách với góc tới i > igh () C. Phản xạ toàn phần xảy ra khi các tia sáng đi từ thủy tinh đến mặt phân cách với góc tới i > igh () D. Phản xạ toàn phần xảy ra khi mọi tia sáng đi từ thủy tinh đến mặt phân cách. Câu 10: Chùm sáng hẹp chiếu tới mặt phân cách giữa hai môi trường (1) và (2). Kí hiệu v1, v2 là vận tốc truyền ánh sáng trong hai môi trường đó và v1<v2. Góc giới hạn phản xạ toàn phần được xác định theo công thức: A. C. B. D. Kết quả TNSP được thống kê trong bảng dưới đây: Điểm Nhóm HS đối chứng (81 HS) Nhóm HS thực nghiệm (86 HS) 0 0 0 1 0 0 2 3 0 3 8 0 4 10 3 5 22 16 6 11 22 7 23 33 8 3 11 9 1 1 10 0 0 Điểm trung bình 5,43 6,42 3.5. Phân tích kết quả TNSP. Qua dự giờ tiết học NCTLM (bài 27: “Phản xạ toàn phần”) và tiết bài tập liên quan, chúng tôi nhận thấy chất lượng nắm vững kiến thức của HS các lớp thực nghiệm cao hơn hẳn so với lớp đối chứng. Trong tiết học NCTLM, HS ở lớp thực nghiệm tỏ ra tích cực, chủ động hơn trong việc chiếm lĩnh KTM so với HS lớp đối chứng. Các em tiếp nhận và giải quyết vấn đề nhanh hơn, số lượng HS xung phong trả lời các câu hỏi GV đặt ra nhiều hơn. Kết thúc mỗi phần học, bài học, phần lớn HS ở lớp thực nghiệm có thể nhắc lại đúng nội hàm kiến thức mà không cần nhìn sách, vở hay GV nhắc (như nhắc lại định nghĩa hiện tượng phản xạ toàn phần, công thức xác định góc giới hạn, điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần,…); có thể vận dụng kiến thức để giải một số bài tập đơn giản. Trong khi đó, ở lớp đối chứng còn nhiều em chưa nắm được bài trên lớp (không nhắc lại được các kiến thức vừa học), việc giải các bài tập vận dụng cuối giờ mất nhiều thời gian hơn. Kết quả bài kiểm tra 15 phút của hai nhóm HS cũng phản ánh phần nào chất lượng nắm vững kiến thức của các em. Không chỉ điểm trung bình của nhóm HS thực nghiệm cao hơn điểm trung bình của nhóm HS đối chứng mà tỉ lệ các em đạt điểm cao cũng nhiều hơn so với lớp đối chứng. Tóm lại, các kết quả thu được trong TNSP về căn bản đã bước đầu xác nhận giả thuyết khoa học của đề tài. KẾT LUẬN Đối chiếu với mục đích nghiên cứu, đề tài đã cơ bản hoàn thành các nhiệm vụ đặt ra: 1) Nghiên cứu một số vấn đề lí luận về BTVL: quan niệm về BTVL, tác dụng của BTVL, phân loại BTVL, sử dụng BTVL trong các loại bài học, hướng dẫn HS tìm kiếm lời giải BTVL nhằm hình thành KTM. 2) Điều tra thực trạng dạy học BTVL của GV và HS ở cả ba khối lớp 10, 11, 12 trường THPT Khoái Châu (Ban Cơ bản, Khoa học xã hội và nhân văn) trong một số tiết học NCTLM. 3) Lựa chọn và xác định mục tiêu dạy học 5 tiết học có thể dùng BTVL để hình thành KTM cho HS: Lực đàn hồi; Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng; Định luật Ôm đối với toàn mạch; Lực Lorenxơ; Phản xạ toàn phần. 4) Xây dựng và đề ra cách sử dụng hệ thống BTVL nhằm hình thành KTM trong các tiết học kể trên góp phần nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức, phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho HS. 5) Tiến hành TNSP tại lớp 11A8 (36 HS) và lớp 11D (50 HS) ở trường THPT Khoái Châu (Hưng Yên) nhằm nghiên cứu tính khả thi và hiệu quả của hệ thống bài tập và cách thức hướng dẫn HS giải chúng trong một số tiết học NCTLM nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Kết quả bước đầu đã xác nhận hiệu quả của việc sử dụng hệ thống bài tập trong hình thành KTM cho HS so với phương pháp dạy học cũ (HS tiếp thu kiến thức một cách thụ động). Qua việc nghiên cứu đề tài, chúng tôi rút ra nhận định: Với việc xây dựng và đề ra cách sử dụng hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM một cách hợp lí, coi trọng việc hướng dẫn HS tích cực, tự lực hoạt động tư duy trong quá trình giải bài tập thì sẽ góp phần nâng cao chất lượng dạy và học bộ môn. Đặc biệt, việc làm đó sẽ phát huy được khả năng tích cực tìm tòi, sáng tạo và làm việc tự lực của HS. Do hạn chế về thời gian, chúng tôi chỉ tiến hành TNSP được một bài học: “ Phản xạ toàn phần” [3,tr 168 – 173] và chỉ ở một trường THPT. Trong thời gian tới, với cương vị là một GV trường THPT, chúng tôi sẽ tiến hành TNSP với những bài học còn lại tại các trường THPT khác nhau để đánh giá khái quát tính khả thi và hiệu quả của hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM đã soạn thảo cũng như cách thức hướng dẫn HS giải chúng trong một số tiết học NCTLM nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Từ đó, nghiên cứu để xây dựng hệ thống bài tập và đề ra cách hướng dẫn HS giải hệ thống bài tập hợp lí, phù hợp với điều kiện thực tế dạy học hiện nay. Đề tài này sẽ được tiếp tục mở rộng cho các tiết học NCTLM khác của giáo trình vật lí phổ thông. Quá trình nghiên cứu đề tài cũng cho phép chúng tôi nêu ra một vài kiến nghị: 1) Để nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức môn vật lí và góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS cần đặc biệt chú ý tới vấn đề xây dựng hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM cho HS trong các tiết học NCTLM và đề ra cách sử dụng chúng trong các tiết học đó. 2) Cần soạn thảo những tài liệu hướng dẫn GV sử dụng bài tập trong mỗi tiết học và quan tâm nhiều hơn đến việc hình thành KTM bằng giải BTVL. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. M.Aleexxêev – V.Ônhisuc – M.Crugliăc – V.Zabôtin – X.Lecle. Phát triển tư duy học sinh. NXB Giáo dục, 1976. 2. Lương Duyên Bình – Nguyễn Xuân Chi – Tô Giang – Trần Chí Minh – Vũ Quang – Bùi Gia Thịnh. Vật lí 10, NXB Giáo dục, 2008. 3. Lương Duyên Bình – Vũ Quang – Nguyễn Xuân Chi - Đàm Trung Đồn – Bùi Quang Hân – Đoàn Duy Hinh. Vật lí 11. NXB Giáo dục, 2008. 4. X.E.Camenetxki – V.P.Ôrêkhôp. Phương pháp giải bài tập vật lí. Tập 1. NXB Giáo dục, 1975. 5. Chiến lược phát triển giáo dục 2001 – 2010. Báo Giáo dục và thời đại. Số 25, ra ngày 26 – 2 – 2002. 6. Nguyễn Văn Đoàn – Phạm Thị Hòa – Bùi Ngọc Quỳnh – Nguyễn Trọng Bảo – Tô Giang – Bùi Gia Thịnh. Phương pháp giảng dạy vật lí ở trường trung học phổ thông cấp II. NXB Giáo dục, 1975. 7. Nguyễn Văn Đồng – An Văn Chiêu – Nguyễn Trọng Di. Phương pháp giảng dạy vật lí ở trường phổ thông. Tập 1. NXB Giáo dục, 1979. 8. Ph.N.Gônôbôlin. Những phẩm chất tâm lí của người giáo viên. Tập I, NXB Giáo dục, 1977. 9. Nguyễn Thế Khôi. Một phương án xây dựng bài tập phần động lực học lớp 10 PTTH nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức cơ bản, góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Luận án PTS, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội I, 1995. 10. Hà Thế Ngữ – Đặng Vũ Hoạt. Giáo dục học. Tập I. NXB Giáo dục, 1987. 11. P.A.Rudich. Tâm lí học. NXB Mir và NXB Thể dục thể thao, 1986. 12. Nguyễn Đức Thâm – Nguyễn Ngọc Hưng – Phạm Xuân Quế. Phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông. Trường Đại học Sư phạm, 2002. 13. Phạm Hữu Tòng. Phương pháp dạy bài tập vật lí. NXB Giáo dục,1989 14. Viện hàn lâm khoa học Liên Xô và Viện hàn lâm khoa học Cộng hòa dân chủ Đức. Phương pháp giảng dạy vật lí trong các trường ở Liên Xô và Cộng hòa dân chủ Đức. Tập I. NXB Giáo dục 1983. 15. Nguyễn Như Ý. Đại từ điểm tiếng Việt. NXB Văn hóa – Thông tin, 1999. 16. M.N.Zvereva. Tích cực hóa tư duy của học sinh trong giờ học vật lí. NXB Giáo dục, 1973.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docLuận án - Hình thành một số kiến thức mới bằng giải bài tập trong dạy học vật lý.doc
Luận văn liên quan