Khóa luận Thiết kế hoạt động dạy học bài “quy tắc hợp lực song song, điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song” và bài “định luật sac – lơ, nhiệt độ tuyệt đối” – sách giáo khoa vật lý 10 nâng cao nhằm phát huy tính tích cực tự chủ

lực song song cùng chiều. Từ các kết quả quan sát và tính toán khái quát nên quy tắc. Điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của 3 lực song song được xây dựng bằng con đường suy luận tương tự và biến đổi toán học. Kiến thức này có nhiều cách thức để thực hiện nhưng đều dựa trên suy luận. Có thể xây dựng theo con đường thực nghiệm nhưng không nên quá lạm dụng thí nghiệm. Mặt khác việc suy luận bằng con đường lý thuyết sẽ phát huy năng lực tư duy, tổng hợp kiến thức cho học sinh. Chỉ nên dùng thí nghiệm để kiểm tra kết luận rút ra từ suy luận. Tương tự quy tắc hợp lực song song trái chiều có thể xây dựng bằng thí nghiệm hoặc lý thuyết. Tuy nhiên để đảm bảo sự logic về mặt kiến thức và tiến trình dạy học, ta có thể xây dựng theo con đường suy luận lý thuyết từ điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của 3 lực song song. Thiết kế tiến trình hoạt động dạy học bài ”Quy tắc hợp lực song song. Điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của 3 lực song song “. Mục tiêu dạy học: Về kiến thức: Trong khi học: Học sinh thiết kế được các phương án thí nghiệm tìm hợp lực 2 lực song song cùng chiều, từ đó, tự khái quát các quy tắc dưới sự định hướng của giáo viên. Học sinh xây dựng điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của 3 lực song song bằng suy luận. Học sinh vận dụng được quy tắc hợp lực song song cùng chiều để tìm hợp lực của nhiều lực song song cùng chiều, phân tích 1 lực thành 2 lực song song cùng chiều. Học sinh xây dựng quy tắc tổng hợp 2 lực song song ngược chiều bằng lý thuyết. Sau khi học: Học sinh phát biểu được quy tắc tổng hợp 2 lực song song cùng chiều, trái chiều. Học sinh phát biểu được điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của 3 lực song song . Về kỹ năng: - Học sinh rèn luyện kỹ năng quan sát thí nghiệm: đặt mắt quan sát để thấy được thanh AB trùng với vị trí ban đầu, đọc giá trị khoảng cách l giữa các điểm đặt. - Học sinh rèn luyện kỹ năng tiến hành thí nghiệm, lắp ráp thí nghiệm: treo quả nặng, quấn dây chun treo thanh vào móc sao cho dây chun thẳng tránh tạo ra các lực đồng quy. - Học sinh rèn luyện kỹ năng xử lý số liệu và tư duy từ số kết quả thí nghiệm rút ra nhận xét. Về thái độ hành vi: - Học sinh tích cực tham gia xây dựng bài. - Học sinh chủ động trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập. - Học sinh tích cực chủ động trao đổi thảo luận nhóm khi tiến hành thí nghiệm . Câu hỏi và các kết luận tương ứng với từng đơn vị kiến thức. Câu 1: Hợp lực của 2 lực song song cùng chiều có đặc điểm gì ? Kết luận tương ứng: Hợp lực của 2 lực và song song cùng chiều tác dụng vào một vật rắn là một lực : Song song, cùng chiều với 2 lực và có độ lớn bằng tổng độ lớn của 2 lực đó: =+ Giá của hợp lực nằm trong mặt phẳng của , và chia khoảng cách giữa 2 lực này thành những đoạn tỷ lệ nghịch với độ lớn của 2 lực đó: =( chia trong ) Câu 2: Nếu vật rắn chịu tác dụng của 3 lực song song, đồng phẳng thì 3 lực đó có mối quan hệ như thế nào để thanh cân bằng? Kết luận tương ứng : Điều kiện cân bằng của một vật rắn dưới tác dụng của ba lực , , song song là hợp lực của hai lực bất kỳ cân bằng với lực thứ ba: Câu 3: Vật rắn chịu tác dụng của 2 lực song song trái chiều thì hợp lực của chúng được xác định như thế nào? Hợp lực đó có đặc điểm gì? Kết luận tương ứng: Hợp lực của hai lực song song trái chiều và có các đặc điểm sau: - Song song và cùng chiều với lực thành phần có độ lớn lớn hơn lực thành phần kia () - Có độ lớn bằng hiệu độ lớn của hai lực thành phần: =- Giá của hợp lực nằm trong mặt phẳng của hai lực thành phần, khoảng cách giữa giá của hợp lực với giá của hai lực thành phần tuân theo công thức = Sơ đồ lôgic tiến trình xây dựng kiến thức: Thực tế có nhiều trường hợp vật tác dụng của hai hay nhiều lực có phương song song Có thể thay thế nhiều lực bằng một một lực có tác dụng giống hệt. Làm cách nào để xác định được hợp lực của 2 lực song song cùng chiều tác dụng lên vật rắn? Hợp lực đó có đặc điểm gì? - Thiết kế và tiến hành thí nghiệm tìm cách xác định hợp lực của 2 lực song song cùng chiều - Dựa vào kết quả thí nghiệm, quan sát rút ra các đặc điểm của hợp lực Tạo ra 2 lực song song cùng chiều bằng cách treo các quả nặng vào thanh treo ngang. Tìm hợp lực bằng phương pháp thử và sai Biểu diễn đọc độ lớn của hợp lực, l1, l2 Mỗi nhóm tiến hành với những giá trị độ lớn của lực và khoảng cách giữa các điểm đặt ban đầu khác nhau, ghi kết quả vào bảng: F1 (N) F2 (N) l1 (cm) l2 (cm) Nhóm 1 Nhóm 2 Hợp lực của 2 lực F1 và F2 song song cùng chiều tác dụng vào một vật rắn là một lực song song, cùng chiều với 2 lực và có độ lớn bằng tổng độ lớn của 2 lực đó Giá của hợp lực nằm trong mặt phẳng của F1 và F2 chia khoảng cách giữa 2 lực này thành những đoạn tỷ lệ nghịch với độ lớn của 2 lực đó ( chia trong ) Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức: “Quy tắc hợp lực song song cùng chiều” DIỄN GIẢI Học sinh biết rằng trong thực tế có nhiều vật chịu tác dụng của hai hay nhiều lực song song. Học sinh cũng đã biết rằng có thể thay thế nhiều lực bằng một lực gây tác dụng giống hệt. Do vậy tình huống làm nảy sinh vấn đề là một bài toán yêu cầu xác định hợp lực trong trường hợp hai lực tác dụng lên một vật rắn đồng quy và trường hợp hai lực tác dụng lên vật rắn là song song cùng chiều. Học sinh do chưa được học quy tắc hợp lực song song cùng chiều nên sẽ lúng túng không biết cách giải quyết như thế nào? Và câu hỏi đặt ra là: Làm cách nào để xác định được hợp lực của 2 lực song song cùng chiều tác dụng lên vật rắn? Hợp lực đó có đặc điểm gì? Để trả lời câu hỏi đó phải tiến hành thí nghiệm để xác định được hợp lực. Sau đó tìm đặc điểm của hợp lực.Vì dụng cụ thí nghiệm nghiên cứu quy tắc này cũng không quá phức tạp nên có thể tổ chức cho học sinh tiến hành thí nghiệm theo nhóm nhằm phát huy tính chủ động, tích cực của học sinh. Khi tiến hành thí nghiệm học sinh dùng phương pháp thử và sai, dò tìm điểm đặt của hợp lực để sao cho thanh AB trùng với vị trí ban đầu đã đánh dấu. Sau khi đã tìm được hợp lực bằng thí nghiệm, tiếp tục giải quyết câu hỏi tìm đặc điểm của hợp lực. Quan sát thí nghiệm sẽ thấy ngay hợp lực song song cùng chiều, có độ lớn bằng tổng độ lớn các lực thành phần. Về điểm đặt những học sinh khá có thể nhận thấy sự tỷ lệ nghịch giữa lực và khoảng cách điểm đặt, và rút ra tỷ số . Giáo viên hướng dẫn học sinh đưa ra mối quan hệ giữa độ lớn của lực với khoảng cách giữa giá của hợp lực tới các lực thành phần. và khái quát thành quy tắc hợp lực song song cùng chiều Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức: “Điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song” Vật rắn chịu tác dụng của ba lực song song đồng phẳng thì ba lực đó có mối quan hệ như thế nào khi vật cân bằng? - Suy luận từ định luật I Niutơn:++= rút ra là lực trực đối với hợp lực . - Tiến hành thí nghiệm kiểm tra ++= Suy ra F3 = F12 = F1 + F1 . Áp dụng quy tắc biểu diễn hợp lực . Thí nghiệm: - Thay 2 lò xo bằng 2 lực kế, đọc giá trị F - Quan sát kiểm tra phương chiều của và - Tính độ lớn F3 và so sánh với F12. Điều kiện cân bằng của một vật rắn dưới tác dụng của ba lực , , song song, đồng phẳng là hợp lực của hai lực bất kỳ cân bằng với lực thứ ba ++= Để thanh cân bằng thì và là 2 lực trực đối. trực đối với Thực tế có trường hợp vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng phẳng, song song vẫn nằm cân bằng. DIỄN GIẢI Sau khi xây dựng xong quy tắc hợp lực song song cùng chiều. Tiếp tục khai thác thí nghiệm để đặt vấn đề. Ngoài trọng lực, thanh còn chịu tác dụng của các lực , , . Đây là hệ ba lực song song, đồng phẳng. Trạng thái của thanh lúc này là cân bằng. Vì trọng lực của thanh không đáng kể nên ta bỏ qua trọng lực. Câu hỏi đặt ra là “Khi thanh cân bằng hệ ba lực này có mối quan hệ như thế nào?” Học sinh có thể trả lời câu hỏi bằng cách suy luận từ định luật I Niutơn hoặc dùng suy luận tương tự do đã được học điều kiện cân bằng vật rắn dưới tác dụng của 3 lực đồng quy. Giáo viên hướng học sinh rút ra mối quan hệ cụ thể về phương chiều, độ lớn của ba lực. Học sinh suy luận toán học và áp dụng điều kiện cân bằng của 2 lực tác dụng lên vật rắn, quy tắc hợp lực song song cùng chiều rút ra trực đối với . Tận dụng thí nghiệm đã có sẵn, thay thế 2 lò xo bằng 2 lực kế để đo lực và . Kết hợp quan sát và tính toán kiểm nghiệm đúng trực đối với . Giáo viên khái quát thành điều kiện tổng quát là: hợp lực của 2 lực bất kỳ trực đối với lực thứ 3. Vận dụng điều kiện cân bằng học sinh xác định và biểu diễn hợp lực của các cặp lực. Việc vận dụng này không những giúp học sinh củng cố và ôn tập kiến thức mà còn giúp định hướng đặt vấn đề cho phần sau, thể hiện tính logic của tiến trình và mối liên hệ giữa các kiến thức. Áp dụng điều kiện cân bằng xác định và biểu diễn được hợp lực của 2 lực song song trái chiều trong thí nghiệm minh họa vấn đề 2. Tính độ lớn của F13 = F3 – F1 vì: F13 = F2 mà F1 + F2 = F3. Hợp lực của hai lực song song trái chiều được xác định như thế nào? Có đặc điểm gì? Suy luận lý thuyết và toán học: - Áp dụng điều kiện cân bằng để tìm hợp lực của các lực song song trái chiều và tính toán để tìm ra đặc điểm về độ lớn, phương chiều của hợp lực. Hợp lực của hai lực song song trái chiều và có các đặc điểm sau: Song song và cùng chiều với lực thành phần có độ lớn lớn hơn lực thành phần kia () Có độ lớn bằng hiệu độ lớn của hai lực thành phần=- Giá của hợp lực nằm trong mặt phẳng của hai lực thành phần, khoảng cách giữa giá của hợp lực với giá của hai lực thành phần tuân theo công thức = Học sinh biết cách tìm hợp lực của hai lực song song cùng chiều Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức: “Quy tắc hợp lực song song trái chiều” DIỄN GIẢI Sau khi xây dựng xong điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song, học sinh tiến hành vận dụng tìm hợp lực của các cặp lực F13 và F23. Trong đó các lực này là hợp lực của các lực song song trái chiều. Vậy câu hỏi đặt ra là quy tắc hợp lực song song cùng chiều còn đúng trong trường hợp 2 lực song song trái chiều nữa không? Để trả lời câu hỏi này học sinh phải xác định hợp lực của hai lực song song trái chiều và kiểm tra các đặc điểm của hợp lực trong 2 trường hợp này có giống nhau không. Việc xác định hợp lực học sinh tiến hành một cách nhanh chóng dễ dàng ở phần vận dụng trước đó. Như vậy học sinh chỉ so sánh, biến đổi để tìm ra đặc điểm của hợp lực song song trái chiều. Về phương ta thấy vì F13 là trực đối với F2 (theo điều kiện cân bằng) nên F13 cùng phương với các lực thành phần và F13 ngược chiều F2 nên cùng chiều với F3 (là lực lớn hơn). Về độ lớn từ biểu thức: F13 = F2 mà F3 = F1 + F2 rút ra F13 = F3 – F1. Giáo viên khái quát nên F13 = |F1 – F3|. Về điểm đặt liệu F13 có chia khoảng cách các lực thành phần thành các đoạn thẳng tỷ lệ với độ lớn của chúng không? Trả lời câu hỏi này, học sinh biến đổi toán học từ và thay bằng . Tuy nhiên lúc này, hợp lực không chia trong như trường hợp cùng chiều mà chia ngoài. Cuối cùng giáo viên giúp học sinh khái quát các kiến thức trên để rút ra quy tắc hợp lực song song trái chiều: Hợp lực của hai lực song song trái chiều và có các đặc điểm sau: Song song và cùng chiều với lực thành phần có độ lớn lớn hơn lực thành phần kia () Có độ lớn bằng hiệu độ lớn của hai lực thành phần=- Giá của hợp lực nằm trong mặt phẳng của hai lực thành phần, khoảng cách giữa giá của hợp lực với giá của hai lực thành phần tuân theo công thức = 2.2.4 Tiến trình dạy học cụ thể: Trong bài sử dụng những ký hiệu sau: Ο: Biểu diễn hoạt động trình diễn của giáo viên để xác lập yếu tố nội dung kiến thức nào đó. Δ: Biểu đạt sự yêu cầu (sự ra lệnh) của giáo viên đối với học sinh để học sinh tự lực hành động để xác lập yếu tố nội dung kiến thức nào đó. HS: Hoạt động của học sinh. 2.2.4.1 Vấn đề 1: Quy tắc tổng hợp 2 lực song song cùng chiều 2.2.4.1.1 Định hướng mục tiêu hành động: Ο: Chúng ta đã nghiên cứu quy tắc tổng hợp 2 lực đồng quy trong bài trước. Vậy ta sẽ nghiên cứu thêm một quy tắc nữa. Quy tắc tổng hợp 2 lực song song cùng chiều. Δ: Hãy cho biết hợp lực là gì? HS: Hợp lực là lực thay thế các lực thành phần sao cho tác dụng của nó giống hệt như tác dụng của các lực thành phần. Δ: Xác định hợp lực trong các trường hợp sau: Vật rắn chịu tác dụng của 2 lực F1 = 3N, F2 = 4N. Biết 2 lực tạo với nhau góc 900. Vật rắn là thanh AB được treo vào giá bằng 2 lò xo. Tác dụng 2 lực F1, F2 tại 2 điểm O1 và O2 cách nhau 25 cm như hình vẽ. Biết độ lớn F1 = 1,5N và F2 = 1N. HS: Trường hợp 1, hợp lực được xác định theo quy tắc hình bình hành, Fhl = 5N. Trường hợp 2 có HS không biết làm. Δ: Theo các em, hợp lực của 2 lực song song cùng chiều F1 và F2 sẽ là một lực như thế nào? HS: Hợp lực sẽ là một lực: Hợp lực có phương song song với phương của lực thành phần Chiều của hợp lực cùng chiều với các lực thành phần Độ lớn bằng tổng 2 lực thành phần Điểm đặt O nằm lệch về phía O1 do F1 lớn hơn. 2.2.4.1.2 Định hướng giải quyết nhiệm vụ: a. Xác định giải pháp: Δ: Chúng ta tìm hợp lực của 2 lực song song cùng chiều bằng cách nào? HS: Ta sẽ tiến hành thí nghiệm thay thế 2 lực song song cùng chiều bằng một lực có tác dụng tương đương. Δ: Để tiến hành thí nghiệm cần những dụng cụ gì? ( Giáo viên cho HS thảo luận xác định cần những dụng cụ gì và tác dụng của chúng) HS: Liệt kê các dụng cụ: giá treo, vật rắn là thanh AB, lò xo, lực kế, quả nặng. Nếu học sinh không nêu được các dụng cụ chính thì giáo viên có thể gợi ý bằng các câu hỏi: Δ: Cần tác dụng 2 lực và vào vật nào? Làm cách nào để tạo ra 2 lực và song song cùng chiều? Thay thế 2 lực và bằng một lực. Vậy lực này sẽ trở thành hợp lực của 2 lực đó khi nào? Làm cách nào để nhận biết điều đó? HS: - Vật rắn là một thanh AB, treo bằng 2 lò xo hoặc dây đàn hồi như dây cao su nhỏ lên giá. Treo các quả nặng vào 2 đầu thanh để tạo ra 2 lực song song cùng chiều. Lực thay thế và trở thành hợp lực khi nó có tác dụng giống như tác dụng của 2 lực thành phần. Tức là nó kéo thanh trùng đến vị trí ban đầu. Do vậy phải đánh dấu vị trí của thanh lúc ban đầu để so sánh. Có nhiều cách đánh dấu: dùng dây đàn hồi, nam châm, đánh dấu bằng bút hoặc phấn ( HS thảo luận, nêu các dụng cụ nào thì đưa dụng cụ đó lên trên bàn). Δ: Với các dụng cụ đó. Chúng ta sẽ tiến hành các bước thí nghiệm như thế nào để tìm được hợp lực của 2 lực song song cùng chiều? HS: Bước 1: lắp ráp các dụng cụ, bố trí thí nghiệm Bước 2: đánh dấu vị trí thanh AB. Bước 3: bỏ 2 lực và thay thế bằng một lực sao cho có tác dụng kéo thanh trùng với vị trí đánh dấu. Bằng cách treo tất cả các quả nặng vào thanh và dò tìm vị trí treo để thanh trùng với vị trí đánh dấu. Bước 4: Đọc kết quả độ lớn của hợp lực và lực thành phần, vị trí điểm đặt hợp lực. b. Thực hiện giải pháp: HS: Tiến hành thí nghiệm theo nhóm dựa trên các bước vừa thảo luận. Các nhóm chủ động chọn lựa độ lớn các lực thành phần. ( Giáo viên theo dõi hướng dẫn các nhóm thực hiện các bước tiến hành thí nghiệm, giúp đỡ các nhóm giải đáp thắc mắc, cách bố trí sao cho hợp lý. Ví dụ như: treo dây đàn hồi sao cho thẳng tránh trường hợp tạo ra lực đồng quy, chọn độ lớn các lực thành phần vừa phải tránh bị tuột khi treo) HS: Báo cáo kết quả thí nghiệm điền vào bảng. F1(N) F2(N) l1(cm) l2(cm) Nhóm 1 Nhóm 2 Nhóm 3 Nhóm 4 Δ: Các nhóm đã hoàn thành nhiệm vụ thứ nhất là xác định được hợp lực bằng thí nghiệm. Vấn đề của bài là tìm đặc điểm của hợp lực. Vậy các nhóm tiếp tục thảo luận về mối quan hệ giữa hợp lực và lực thành phần là như thế nào? Trên cơ sở đó kiểm tra các dự đoán ban đầu của các bạn đúng hay sai? HS: Hợp lực có phương song song với phương của lực thành phần Chiều của hợp lực cùng chiều với các lực thành phần Độ lớn hợp lực bằng tổng độ lớn các lực thành phần Điểm đặt O của hợp lực thỏa mãn: Δ: Tại sao lại rút ra nhận xét như vậy? Bằng cách nào biết được hợp lực cùng phương cùng chiều với lực thành phần? Dựa vào đâu biết được độ lớn của hợp lực là như vậy? Có thể khác được không? Tỷ số có đúng với tất cả kết quả của các nhóm không? HS: Hợp lực cùng phương với lực thành phần vì các lực đó đều là trọng lực của quả nặng. Độ lớn hợp lực vừa đúng bằng tổng độ lớn lực thành phần vì nếu nhỏ hơn thì dây cao su nhỏ hay lò xo giãn ít hơn, thanh sẽ không trùng với vị trí ban đầu. Từ số liệu thí nghiệm các nhóm rút ra tỷ số đó. Ο: Đối với vật rắn điểm đặt của lực không quan trọng bằng giá của lực nên thay vì xét khoảng cách giữa 2 điểm đặt lực ta xét khoảng cách giữa 2 giá của lực. Gọi d1, d2 lần lượt là khoảng cách giữa giá của hợp lực với các lực thành phần. Δ: Vậy tỷ số được viết lại như thế nào? HS: Áp dụng các tính chất của tam giác đồng dạng ta rút ra: 2.2.4.1.3 Khái quát và củng cố kết quả: Ο: Các nhà khoa học cũng đã tiến hành rất nhiều các thí nghiệm giống như chúng ta. Và từ đó rút ra được quy tắc tìm hợp lực song song cùng chiều Δ: Vậy hãy phát biểu quy tắc? HS: Hợp lực của hai lực song song cùng chiều và tác dụng vào một vật rắn là một lực song song cùng chiều với hai lực và có độ lớn bằng tổng độ lớn của hai lực đó F = F1 + F2 Giá của hợp lực nằm trong mặt phẳng của , và chia khoảng cách giữa giá của hai lực này thành những đoạn tỷ lệ nghịch với độ lớn của hai lực đó (chia trong) 2.2.4.1.3.1 Vận dụng quy tắc hợp lực song song cùng chiều tìm hợp lực của nhiều lực song song cùng chiều Định hướng nhiệm vụ: Δ: Nếu có nhiều hơn hai lực song song cùng chiều, đồng phẳng cùng tác dụng vào vật rắn thì hợp lực của chúng còn đúng theo quy tắc trên không? Xác định và thực hiện giải pháp: Δ: Ta sẽ tìm hợp lực của các lực đó bằng cách nào? HS: Suy luận, thí nghiệm Ta cộng 2 lực theo quy tắc hợp lực song song cùng chiều rồi cộng hợp lực đó với lực thứ 3Cứ như thế cho đến khi cộng hết lực thì thôi. ( Nếu HS không trả lời được giáo viên có thể gợi ý bằng một trường hợp cụ thể ví dụ như: có 3 lực song song cùng chiều tác dụng vào thanh. Tìm hợp lực của ba lực đó?) Kết luận và vận dụng Ο: Quy tắc hợp lực song song cùng chiều còn có thể áp dụng đối với trường hợp có nhiều lực song song, cùng chiều, đồng phẳng. Khi đó hợp lực của chúng là một lực cùng phương, cùng chiều với các lực thành phần, có độ lớn bằng tổng độ lớn các lực thành phần. Δ: Vận dụng làm bài số 1 trong phiếu học tập số 2. Xác định trọng tâm thanh đồng chất? Ο: Trọng tâm vật rắn là điểm đặt của trọng lực. Bài trước ta đã biết cách xác định trọng tâm của các bản phẳng. Nhưng vật rắn trong bài là một thanh đồng chất. Vậy muốn xác định được trọng tâm ta phải xác định trọng lực của thanh. Δ: Hãy xác định trọng lực của thanh? HS: Mỗi phần tử của thanh đều chịu tác dụng của trọng lực bằng nhau và cách đều nhau. Vậy trọng lực của thanh chính là hợp lực của của các song song cùng chiều. Vì 8 bằng nhau và cách đều nên các hợp lực trùng nhau và trùng với hợp lực ( Nếu học sinh không nghĩ ra giáo viên có thể gợi ý bằng các câu hỏi: Trọng lực có mối quan hệ như thế nào với các trọng lực của các phần tử? Hãy xác định theo cách nhanh nhất) 2.2.4.1.3.2 Vận dụng quy tắc hợp lực song song cùng chiều tìm điều kiện để phân tích một lực thành hai lực song song cùng chiều Định hướng nhiệm vụ Δ: Một vật rắn chịu tác dụng của một lực F. Có thể thay thế lực đó bằng hai lực khác song song cùng chiều được không? HS: Được, vì phân tích là phép ngược lại của phép tổng hợp Δ: Khi phân tích một lực thành hai lực song song cùng chiều thì hai lực đó có độ lớn và điểm đặt thế nào? HS: F1 + F2 = F và Xác định và thực hiện giải pháp Ο: Để tìm câu trả lời ta có thể làm TN hoặc suy luận. Ta sẽ xét phân tích một vài trường hợp. Yêu cầu học sinh giải quyết bài toán 2 trong phiếu học tập. HS: Giải hệ phương trình: tìm ra F1, F2. Kết luận và vận dụng: Δ: Từ bài toán trên cho biết khi phân tích một lực thành hai lực song song cùng chiều thì phải tuân theo quy luật gì? HS: Các lực thành phần song song cùng chiều với hợp lực Tổng độ lớn lực thành phần bằng độ lớn hợp lực Điểm đặt của lực thành phần thỏa mãn 2.2.4.2 Vấn đề 2: Điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song 2.2.4.2.1 Định hướng mục tiêu hành động: Ο: Theo dõi hình ảnh kết quả thí nghiệm ở phần 1 ta thấy lúc này ngoài trọng lực , thanh còn chịu tác dụng của các lực . Đây là hệ ba lực song song, đồng phẳng. Vì trọng lực của thanh không đáng kể nên ta bỏ qua. Δ: Trạng thái của thanh lúc này như thế nào? HS: Thanh nằm cân bằng Δ: Ta đã biết điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song. Vậy trong trường hợp này điều kiện đó có thay đổi không? Nói cách khác khi thanh nằm cân bằng, hệ ba lực song song tác dụng lên thanh có mối quan hệ như thế nào? Định hướng giải quyết nhiệm vụ Xác định giải pháp: Δ: Ta sẽ đi tìm câu trả lời bằng cách nào? HS: Làm thí nghiệm hoặc có thể suy luận. Ο: Chúng ta có thể tìm câu trả lời bằng cách suy luận và tiến hành thí nghiệm kiểm tra. Xác định và thực hiện giải pháp: Suy luận lý thuyết: Δ: Từ kiến thức nào chúng ta đã biết để tìm được điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song? HS: Từ định luật I Niu tơn ta suy ra điều kiện cân bằng là: Giá của 3 lực song song F3 = F1 + F2 về độ lớn Δ: Dựa vào đâu mà ta biết được F3 = F1 + F2? HS: Vì F3 là hợp lực của F1 và F2 Độ lớn F3 bằng độ lớn của hợp lực F1 và F2 Dựa vào (1) suy ra . Δ: Những suy đoán trên của các em đều có liên quan đến hợp lực của và là một lực.Vậy nếu thay thế và bằng hợp lực đó thanh AB lúc này chịu tác dụng của những lực nào? HS: Thanh AB chịu tác dụng của 2 lực và . Δ: Thanh muốn cân bằng thì 2 lực này phải thỏa mãn điều kiện gì? ( Điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của 2 lực là gì)? HS: 2 lực và phải là 2 lực trực đối. F3 = F12 = F1 + F2 về độ lớn F3 cùng giá, ngược chiều với F12. Ο: Vậy điều kiện cân bằng của thanh dưới tác dụng của ba lực song song là: hợp lực của trực đối với lực . Thí nghiệm kiểm tra: Δ: Làm thế nào để kiểm tra điều này? HS: Tiến hành thí nghiệm. Δ: Tiến hành thí nghiệm như thế nào, có thể tận dụng luôn thí nghiệm phần 1 không? HS: Tận dụng thí nghiệm ở phần 1 nhưng phải thay 2 lò xo hoặc dây đàn hồi bằng 2 lực kế để đo được độ lớn F1 và F2. Trước hết áp dụng quy tắc hợp lực song song cùng chiều tổng hợp 2 lực và . Biểu diễn hợp lực Quan sát và so sánh với về độ lớn và phương chiều Ο: Giáo viên tiến hành thí nghiệm: thay lò xo bằng lực kế. Yêu cầu HS quan sát và nhận xét HS: Từ kết quả thí nghiệm cho thấy và trực đối. Suy luận đã được kiểm nghiệm Khái quát và củng cố kết quả Δ: Vậy một bạn hãy phát biểu điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song. HS: ( đồng phẳng) Δ: Vận dụng kiến thức hãy xác định và biểu diễn hợp lực và của các lực tác dụng lên thanh. HS: 2. 2.4.3 Vấn đề 3: Quy tắc hợp lực song song trái chiều: 2.2.4.3.1 Định hướng mục tiêu hành động Ο: Trong phần vận dụng, các cặp lực F1 - F3, và F2 – F3 là những cặp lực song song trái chiều. Δ: Vậy hợp lực của hai lực song song trái chiều được xác định như thế nào? Có đặc điểm gì? Định hướng giải quyết nhiệm vụ Xác định giải pháp: HS: Dựa vào điều kiện cân bằng để tìm hợp lực của các lực song song trái chiều và tính toán để tìm ra đặc điểm về độ lớn, phương chiều của hợp lực. Thực hiện giải pháp Δ: Xác định độ lớn, phương chiều của hợp lực F13 HS: F13 = , Ο: Gọi là khoảng cách từ giá của hợp lực F13 tới F3, là khoảng cách từ giá của hợp lực F13 tới lực F1. Δ: Vậy mối quan hệ giữa lực thành phần và khoảng cách giá của chúng tới hợp lực trong trường hợp này còn đúng như trong trường hợp 2 lực song song cùng chiều không? HS: Biến đổi toán học rút ra nhận xét: tỷ số đó vẫn đúng trong trường hợp 2 lực song song trái chiều. Khái quát và củng cố kết quả Ο: Vậy khái quát ta có quy tắc tìm hợp lực song song trái chiều. Gọi một học sinh phát biểu HS: Hợp lực của 2 lực song song trái chiều là một lực song song cùng chiều với lực lớn hơn, có giá chia ngoài khoảng cách giá của 2 lực thành phần thành những đoạn thẳng tỷ lệ nghịch với độ lớn của chúng. Δ: Giáo viên tổng kết giao bài tập vận dụng về nhà. 2.3 Tổ chức thực nghiệm sư phạm. 2.3.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm: Dựa trên cơ sở tiến trình dạy học đã soạn thảo ở chương II, em đã tổ chức thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài và từ đó bổ xung hoàn thiện tiến trình dạy học nhằm đạt được đúng mục tiêu của đề tài. 2.3.2 Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm - Tổ chức dạy học theo tiến trình đã soạn, ghi hình giờ dạy - Phân tích băng hình, tách pha thể hiện các pha trong quá trình dạy học giải quyết vấn đề - Nhận xét, đánh giá ưu khuyết điểm thực nghiệm - Hoàn thiện bổ sung tiến trình dạy học 2.3.3 Thời gian, đối tượng thực nghiệm sư phạm - Thời gian tổ chức dạy học: ngày 24 tháng 11 năm 2006 bám sát theo chương trình học của học sinh tại trường phổ thông - Đối tượng: Học sinh lớp 10 A3 trường PTTH Nguyễn Tất Thành. Đối tượng là những học sinh khá giỏi của trường, khả năng tư duy tốt, kiến thức nắm chắc. 2.3.4 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm Là sinh viên nên trình độ và nghiệp vụ sư phạm của em không tránh khỏi còn sai sót và nhiều hạn chế. Vì vậy em đã tiến hành phân tích băng hình ghi lại tiết dạy thực nghiệm để rút ra những nhận xét về tiến trình xây dựng kiến thức đã soạn thảo và việc tổ chức hoạt động dạy học thực tế trên lớp. 2.3.4.1 Khuyết điểm: Về phần bài soạn tiến trình tổ chức hoạt động: - Logic giải quyết vấn đề kiến thức 2 “Điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song” còn chưa phù hợp với nhận thức của học sinh. Cụ thể: Trong thiết kế tiến trình logic xây dựng kiến thức giáo viên định hướng giải quyết nhiệm vụ là kết hợp điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của 2 lực và quy tắc hợp lực song song cùng chiều để rút ra kiến thức. Logic suy nghĩ giải quyết vấn đề là: nếu thay thế 2 lực và thành một lực mà thanh muốn cân bằng thì lực thay thế đó với F3 phải trực đối. Thực tế có những suy luận khác có thể xây dựng được. Ví dụ như có thể áp dụng từ định luật I Niutơn biến đổi toán học để rút ra kết luận trực đối với, hoặc dựa trên suy luận tương tự về điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực đồng quy. - Một số câu hỏi của giáo viên đặt ra trong quá trình dạy học còn chưa dự trù hết các phương án trả lời của học sinh dẫn đến việc thực hiện logic dạy học theo đúng tiến trình đã soạn bị gượng ép, thiếu logic. Ví dụ: Mối quan hệ giữa ba lực song song như thế nào để thanh cân bằng? Học sinh trả lời ngay vì theo định luật I Niutơn ta có tổng 3 véctơ lực bằng 0. Trong dự kiến của giáo viên học sinh sẽ không trả lời được nên phải gợi ý. Về phần tổ chức hoạt động dạy học thực tế trên lớp: - Giáo viên bị chi phối vào việc phải đảm bảo thời gian tiết học, mặt khác chưa phân phối thời gian hợp lý. Ví dụ: phần tiến hành thí nghiệm theo nhóm quá nhiều thời gian, không đảm bảo đủ thời gian cho việc xây dựng các kiến thức tiếp theo theo đúng tiến trình đã soạn. Giáo viên vẫn đảm bảo dạy hết kiến thức nhưng chưa phát huy hết tích tích cực tự chủ của học sinh trong phần 3. - Phần tổ chức tiến hành thí nghiệm, một số nhóm học sinh chưa thực hiện một cách trình tự. Các em thực hiện một cách tự phát không theo các bước dẫn đến tình trạng tốn nhiều thời gian do các nhóm chờ nhau, có nhóm chưa nhận thức được nhiệm vụ cần phải làm. Sự bao quát của giáo viên còn hạn chế. - Chưa thực hiện tổ chức tiến hành thí nghiệm kiểm tra kiến thức 2. 2.3.4.2 Ưu điểm Bên cạnh những khuyết điểm trên, bài giảng cũng đạt được một số ưu điểm sau: - Tiết dạy đã bước đầu thực hiện được các giai đoạn của quá trình xây dựng một định luật vật lý theo con đường quan sát trực tiếp và khái quát thực nghiệm. - Về cơ bản giáo viên đã thể hiện được những bước chính của sơ đồ logic tiến trình xây dựng kiến thức trong phần xây dựng yếu tố kiến thức thứ nhất: Ví dụ: Giáo viên tiến hành đủ các bước của tiến trình dạy học, nêu được những câu hỏi chính: Câu hỏi chuẩn bị điều kiện xuất phát cho học sinh: “Hợp lực là gì?” Nêu tình huống xuất hiện vấn đề: bài toán xác định hợp lực của 2 lực tác dụng lên vật rắn trong trường hợp 2 lực đồng quy và trường hợp 2 lực song song. Câu hỏi nêu vấn đề là: Làm cách nào để xác định được hợp lực của 2 lực song song cùng chiều tác dụng lên vật rắn? Hợp lực đó có đặc điểm gì? Câu hỏi xác định giải pháp: Chúng ta sẽ tìm hợp lực của 2 lực song song cùng chiều bằng cách nào? Để tiến hành thí nghiệm cần những dụng cụ gì? - Học sinh đưa ra được các dự đoán về các đặc điểm của hợp lực song song cùng chiều - Giáo viên tổ chức được học sinh hoạt động theo nhóm khi tiến hành thực hiện giải pháp (tiến hành thí nghiệm), giáo viên có sự định hướng, tách biệt giữa các công việc cần thiết sau khi học sinh nhận dụng cụ thí nghiệm: trước hết phải bố trí thí nghiệm, thảo luận đưa ra cách tiến hành thí nghiệm rồi mới tiến hành thí nghiệm. - Học sinh tham gia rất sôi nổi và hiệu quả, có 5 trên 6 nhóm đều hoàn thành nhiệm vụ. - Đa số các em đều giải quyết được bài toán chuẩn bị điều kiện xuất phát. - Có nhóm lúc đầu chưa biết sử dụng một số dụng cụ như: dây đàn hồi dùng để đánh dấu nhưng sau khi được giáo viên gợi ý hướng dẫn đã biết cách sử dụng. - Học sinh tích cực hoạt động trao đổi nhóm, làm việc với phiếu học tập, hăng hái phát biểu xây dựng bài. Phụ lục 1: PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 Họ và tên: Hợp lực là gì? Bài toán 1: Một vật rắn chịu tác dụng của 2 lực F1 và F2 tạo với nhau góc 900. Biết F1 = 3N, F2 = 4N. Bài toán 2: Một vật rắn là một thanh AB có 2 đầu gắn với 2 lò xo. Treo 2 lò xo vào giá. Tác dụng 2 lực F1 và F2 tại 2 điểm O1, O2 cách nhau 25 cm như hình vẽ. Biết F1 = 1,5N, F2 = 1N. Tìm hợp lực của F1 và F2? Dự đoán hợp lực của F1 và F2 sẽ là một lực có: Phương: Chiều: Độ lớn: Điểm đặt O: Phụ lục 2: PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2 Họ và tên: Bài tập 1: Cho một thanh đồng chất được chia thành các phần tử giống hệt nhau, kích thước và khối lượng bằng nhau (hình vẽ). Hãy xác định trọng tâm của thanh. Bài tập 2: Một tấm ván được bắc qua một con mương. Đặt một bao gạo lên tấm ván tại vị trí cách bờ A một khoảng là 2,4 m và cách bờ B một khoảng là 1,2 m. a. Hãy xác định các lực mà bao gạo tác dụng lên hai bờ mương? Biểu diễn các lực trên hình vẽ. b. Di chuyển bao gạo lại gần bờ A. Hỏi lực mà bao gạo tác dụng lên 2 bờ mương có thay đổi không? CHƯƠNG III: THỰC HÀNH THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC BÀI: “ĐỊNH LUẬT SÁC – LƠ. NHIỆT ĐỘ TUYỆT ĐỐI” SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ 10 NÂNG CAO 3. 1 Vị trí và nội dung phần kiến thức bài “ Định luật Sac – lơ. Nhiệt độ tuyệt đối: - Bài “Định luật Saclơ. Nhiệt độ tuyệt đối ” là bài số 46 trong chương chất khí. Trong chương này học sinh được tìm hiểu ba định luật chất khí, thuyết động học phân tử, phương trình trạng thái. Từ đó hình thành những kiến thức cơ bản về chất khí, đồng thời hình thành vè rèn luyện những kĩ năng thực nghiệm. - Trước đó học sinh đã được trang bị những kiến thức: Ở THCS: - Học sinh được tìm hiểu sơ bộ về cấu tạo chất, biết được nội dung cơ bản của thuyết cấu tạo chất. Đó là: “Các chất được cấu tạo từ các hạt riêng biệt gọi là nguyên tử, phân tử. Giữa các phân tử, nguyên tử có khoảng cách”. - Học sinh được học một số đại lượng vật lí liên quan đến trạng thái: áp suất khí quyển, nhiệt độ và các thang nhiệt độ, thể tích. Kết luận:: - Học sinh mới được biết về áp suất của khí quyển chưa biết về áp suất của chất khí. - Học sinh chưa được học đầy đủ các nội dung của thuyết cấu tạo chất nói chung và chất khí nói riêng - Học sinh được thông báo các thang nhiệt độ: Celcius, Kenvin, Farenhai và mối liên hệ giữa các nhiệt giai. Học sinh không biết dựa trên cơ sở nào mà hình thành nên các thang nhiệt giai đó, ý nghĩa và tác dụng của nó. Ở PTTH: - Học sinh được tìm hiểu đầy đủ hơn về nội dung của thuyết động học phân tử chất khí cả về thành phần chất khí, chuyển động của các phân tử và nguyên tử. Từ đó, học sinh lý giải được sự tồn tại của áp suất chất khí, mối quan hệ giữa P và T, V, định luật Bôi lơ – Ma ri ôt. Nội dung kiến thức bài “Định luật Sác – lơ. Nhiệt độ tuyệt đối” - Định luật Sác – lơ: Cách phát biểu thứ nhất: Với một lượng khí xác định có thể tích không thay đổi thì áp suất p phụ thuộc vào nhiệt độ t của khí như sau: p = p0 (1 + γ t) γ là hệ số tăng áp đẳng tích luôn không đổi đều bằng Cách phát biểu thứ 2: Với một lượng khí xác định có thể tích không đổi thì áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối: = hằng số - Nhiệt độ tuyệt đối: là nhiệt độ đo trong nhiệt giai Kenvin (K): T = 273 + t Con đường xây dựng kiến thức: - Định luật Sác – lơ được xây dựng theo như phương pháp thực ngiệm: Từ các số liệu thu được từ thí nghiệm, khái quát bằng các phép suy luận và công cụ toán học rút ra biểu thức các định luật. - Nhiệt độ tuyệt đối được xây dựng bằng cách suy luận và biến đổi toán học. 3.2 Thiết kế tiến trình hoạt động dạy học bài “Định luật Sác – lơ. Nhiệt độ tuyệt đối”. Mục tiêu dạy học: Về kiến thức: Trong khi học: - Học sinh xây dựng được phương án thí nghiệm để xây dựng định luật - Suy luận logic và sử dụng phương pháp đồ thị, biến đổi toán học xây dựng được biểu thức của định luật. - Viết được biểu thức ở dạng khác của định luật. Sau khi học: - Phát biểu định luật. - Phát biểu được khái niệm nhiệt độ tuyệt đối. Về kỹ năng: - Quan sát thí nghiệm, vẽ đồ thị - Vận dụng làm một số bài tập về quá trình đẳng tích. Về thái độ hành vi: - Hăng hái phát biểu xây dựng bài. - Tích cực giải quyết nhiệm vụ giáo viên nêu ra. Phương án kiểm tra đánh giá - Giáo viên soạn thành các phiếu học tập phát cho học sinh vào cuối giờ - Mẫu phiếu như sau: PHIẾU KIỂM TRA Bài “Định luật Sác – lơ. Nhiệt độ tuyệt đối” Họ và tên:. Đồ thị nào dưới đây vẽ đường đẳng tích: Câu hỏi và các kết luận tương ứng với từng đơn vị kiến thức. Câu 1: Một lượng khí có khối lượng xác định khi chuyển trạng thái mà thể tích không đổi thì áp suất phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào? Kết luận tương ứng: Với một lượng khí xác định có thể tích không thay đổi thì áp suất p phụ thuộc vào nhiệt độ t của khí như sau: p = p0 (1 + γ t) γ là hệ số tăng áp đẳng tích luôn không đổi đều bằng 1/273. Câu 2: Nếu biết nhiệt độ trong nhiệt giai Kenvil (T) có thể tìm được nhiệt độ trong nhiệt giai xen-xi-ut không? Kết luận tương ứng: T = t + 273 Sơ đồ lôgic tiến trình xây dựng kiến thức: Sơ đồ logic xây dựng kiến thức “ Định luật Sac – lơ” Một lượng khí có khối lượng xác định khi chuyển trạng thái mà thể tích không đổi thì áp suất phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào? - Tiến hành thí nghiệm đo áp suất và nhiệt độ của một khối lượng khí có thể tích không đổi khi chuyển trạng thái. - Vẽ đồ thị các giá trị đo được, suy luận logic, biến đổi toán học kết hợp với để rút ra biểu thức của định luật - Quan sát nhiệt kế, áp kế, đọc giá trị của p, t - Vẽ đồ thị của p, t rút ra nhận xét đồ thị là đường thẳng nên p và t có mối quan hệ bậc nhất: p = at + b. (1) ( a là hệ số góc của đường thẳng, b là áp suất p0 của khí ở 00C và đều là hằng số) - Cách 1: từ đồ thị chỉ ra được t0 (nhiệt độ của khí khi p = 0) có độ lớn là 2730. Xác định a, b theo p0 và t0: , b = p0. Thay vào (1) suy ra p = p0(1 + 1/273 t) - Cách 2: biến đổi toán học tính được a = , mà nên tính được p0. Thay vào rút ra t0 = 273 về độ lớn. Thay vào (1) rút ra định luật Với một lượng khí xác định có thể tích không thay đổi thì áp suất p phụ thuộc vào nhiệt độ t của khí như sau: p = p0 (1 + γ t) γ là hệ số tăng áp đẳng tích luôn không đổi đều bằng 1/273 DIỄN GIẢI Học sinh đã biết một lượng khí xác định khi nhiệt độ không đổi thì áp suất tỷ lệ nghịch với thể tích. Vậy đặt ra câu hỏi nếu thể tích không đổi thì áp suất và nhiệt độ có mối quan hệ như thế nào? Từ thuyết động học chất khí dễ dàng giải thích được áp suất tỷ lệ với nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng thì áp suất cũng tăng và ngược lại. Tuy nhiên ta không biết được quy luật tỷ lệ như thế nào. Vậy đặt ra nhiệm vụ phải đi tìm quy luật hay nói cách khác là tìm một biểu thức định tính diễn tả quan hệ giữa p và t. Để thực hiện được ta chỉ có thể tiến hành thí nghiệm khảo sát trực tiếp đo p và t. Từ kết quả thu được ta nhận thấy đúng là p tỷ lệ với t. Và để xác định được quy luật ta sử dụng phương pháp đồ thị. Tiến hành vẽ đồ thị p – t từ kết quả thí nghiệm. Nhận thấy đồ thị là có dạng một đường thẳng. Mà đường thẳng là đồ thị của hàm bậc nhất y = ax + b. Do vậy p và t có mối quan hệ bậc nhất với nhau: p = at + b (1). Vậy cần phải tìm a, b theo p0 và t0. Có 2 cách để xác định: - Cách 1: Từ đồ thị suy ra: t0 2730C về độ lớn,. mà nên thay vào (1) ta có - Cách 2: Biến đổi toán học để xác định p0 và t0. tính được p0, a mà nên thay p0 và a tính được t0 2730C về độ lớn. b = p0 Thay a, b vào (1) rút ra định luật Sơ đồ logíc xây dựng kiến thức “Nhiệt độ tuyệt đối” Từ kết quả thí nghiệm được mô tả trên đồ thị p(t) suy ra t = - 2730C thì p = 0. Suy ra khi t = - 2730C là nhiệt độ thấp nhất . Kenvil đề xuất một thang nhiệt độ trong đó: Chọn - 2730C là độ không tuyệt đối ứng với 00C Khoảng cách nhiệt độ 1K bằng khảng cách 10C. Nếu biết nhiệt độ trong nhiệt giai Kenvil (T) có thể tìm được nhiệt độ trong nhiệt giai xen-xi-ut không? - Nhiệt độ đo trong nhiệt giai Ken vil gọi là nhiệt độ tuyệt đối T = t + 273 Suy luận: t0 = - 2730C ứng với 00K kết hợp với đặc điểm của thang nhiệt giai Kenvil, suy ra T = t + 273 DIỄN GIẢI Từ biểu thức định luật Sác – lơ ta thấy khi t0 = - 2730C thì áp suất bằng 0. Điều này không tồn tại trong thực tế vì các phân tử luôn chuyển động không ngừng. Vì vậy nếu muốn nhiệt xuất phát từ 0 độ thì Ken vil đã nghĩ đến lập một thang nhiệt giai mới mang tên mình. Nhiệt giai Ken vil, ký hiệu là độ K. Trong thang nhiệt độ mới, Kenvil chọn -2730C là độ không tuyệt đối ứng với 00C và khoảng cách 1độ K bằng khoảng cách 1 độ C. Vậy câu hỏi đặt ra là: Nếu biết nhiệt độ trong nhiệt giai Kenvil (T) có thể tìm được nhiệt độ trong nhiệt giai xen-xi-ut không? Ta suy luận: 0K ứng với – 2730C và khoảng cách 1 độ K bằng khoảng cách 10C. Do đó mỗi độ K so với mỗi độ C chênh lệch nhau 273. Suy ra T = t + 273. Và nhiệt độ đo trong nhiệt giai mới này ta gọi là nhiệt độ tuyệt đối. Tiến trình dạy học cụ thể: Vấn đề 1: Định luật Sác – lơ Định hướng mục tiêu hành động: Δ: Một lượng khí xác định khi nhiệt độ không đổi thì áp suất và thể tích có mối quan hệ như thế nào? HS: p và V tỷ lệ nghịch với nhau theo định luật Bôi lơ – Mariot. Ο: Bài học hôm nay ta tiếp tục nghiên cứu về mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ của chất khí khi thể tích không đổi. Bài 46: “ Định luật Sác – lơ. Nhiệt độ tuyệt đối” Δ: Một lượng khí có khối lượng xác định khi thể tích không đổi thì áp suất phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào? Định hướng giải quyết nhiệm vụ a. Xác định giải pháp: Δ: Để trả lời câu hỏi này bằng cách nào? Suy luận hay làm thí nghiệm? HS: Suy luận hoặc thí nghiệm. Δ: Ta sẽ suy luận như thế nào? HS: Theo thuyết động học chất khí, khi tăng nhiệt độ thì chuyển động của các phân tử, nguyên tử chuyển động nhanh hơn, số phân tử trên một đơn vị diện tích va đập vào thành bình nhanh hơn, nhiều hơn. Dẫn đến áp suất tăng. Δ: Nếu chỉ dùng suy luận liệu ta có thể xác định được mối quan hệ cả về định tính lẫn định lượng được không? HS: Ta phải làm thí nghiệm để xác định quan hệ về mặt định lượng giữa p và t. Ο: Nói cách khác là ta phải xác định được biểu thức toán học diễn tả mối quan hệ giữa p và t của lượng khí đó khi V không đổi bằng thí nghiệm. b. Thực hiện giải pháp: Δ: Để làm thí nghiệm cần những dụng cụ gì? HS: - Cần một bình kín để chứa khí sao cho khí không lọt ra ngoài. Bình không giãn nở được để đảm bảo thể tích không thay đổi trong khi tăng nhiệt độ. - Áp kế đo áp suất, nhiệt kế đo nhiệt độ - Để làm thay đổi nhiệt độ dùng cách đun nóng trực tiếp trên lửa, hoặc cho vào bình nước đun nóng. (Nếu học sinh không trả lời được giáo viên có thể gợi ý bằng những câu hỏi sau: - Để chứa khí cần dụng cụ gì. Dụng cụ đó phải có điều kiện gì để đảm bảo m và V không đổi? - Muốn đo p, t dùng dụng cụ nào? - Làm thế nào để thay đổi nhiệt độ của khí?) Giáo viên đưa dụng cụ lên bàn cho học sinh quan sát. ( Sơ đồ mô phỏng dụng cụ thí nghiệm đã cải tiến): Ο: Ngoài phương án thí nghiệm này sách giáo khoa còn đưa ra một phương án khác. Điểm khác nhau là sách giáo khoa sử dụng áp kế nước đo Δp theo Δt. Còn ta sử dụng áp kế kim loại có thể đo giá trị của áp suất p ứng với các nhiệt độ t cụ thể. Ngoài ra theo thí nghiệm của sách giáo khoa, để làm cho thể tích khí không đổi thì ta phải di chuyển ống chứa chất lỏng nối 2 bình thông nhau sao cho mực nước trong ống bên trái luôn giữ ở vị trí ban đầu. Δ: Với các dụng cụ này ta sẽ tiến hành như thế nào? HS: Đun nóng nước trong bình, sau những khoảng thời gian bằng nhau thì đọc giá trị của p và t tương ứng. Ο: Giáo viên phối hợp với học sinh tiến hành thí nghiệm, yêu cầu học sinh đọc và ghi các giá trị áp suất, nhiệt độ vào bảng HS: Theo dõi, kết hợp tiến hành thí nghiệm, ghi các số liệu kết quả vào bảng. t (0C) p (mmHg) Δ: Dựa vào bảng kết quả ta có thể rút ra nhận xét gì không? HS: Ta thấy đúng là t tăng dần thì p cũng tăng theo. Δ: Có phải p tỷ lệ thuận với t không? (Có phải t tăng bao nhiêu lần thì p cũng tăng gấp bấy nhiêu lần không?) HS: Không Ο: Để tìm được biểu thức liên hệ giữa áp suất (p) và nhiệt độ (t0C) trong trường hợp này ta sử dụng phương pháp biểu diễn các kết quả thí nghiệm trên hệ tọa độ p – t. Sau đó dựa vào đồ thị để tìm biểu thức toán học liên hệ giữa p và t. Δ: Dựa vào kết quả thí nghiệm em hãy vẽ đồ thị p – t và cho nhận xét. HS: Tiến hành vẽ đồ thị p – t. Đồ thị p – t giống đường thẳng. Δ: Vậy có thể rút ra quy luật gì về p – t? HS: p, t tuân theo quy luật hàm bậc nhất trong toán học. Biểu thức là: p = at + b (1). Trong đó a là hệ số góc của đồ thị, b là áp suất khí lúc t = 00C, b = p0. Ο: Gọi t0: nhiệt độ của khí khi áp suất bằng 0. Đến đây việc tìm quy luật p – t chính là xác định giá trị của a và b theo p0, t0. Trong đó xác định giá trị của t0. Δ: Ta phải làm thế nào? HS: Suy nghĩ và thực hiện: - Cách 1: Từ đồ thị chỉ ra được t0 có độ lớn xấp xỉ là 2730. Ta có: , b = p0. Thay vào (1) suy ra - Cách 2: Biến đổi toán học để xác định p0 và t0. tính được p0, a mà nên thay p0 và a tính được t0 2730C về độ lớn. b = p0 Thay a, b vào (1) rút ra định luật Khái quát và củng cố kết quả: Ο: Ta đều tính được t0 = 2730C, Sác – lơ đã tiến hành rất nhiều thí nghiệm cho thấy giá trị này là như nhau với mọi chất khí. Và vì vậy người ta ký hiệu: là hệ số tăng áp đẳng tích. Δ: Vậy một bạn hãy phát biểu định luật Sac – lơ. Vấn đề 2: Nhiệt độ tuyệt đối Định hướng mục tiêu hành động: Δ: Từ định luật Sac – lơ hãy cho biết: Nhiệt độ thấp nhất của chất khí là bao nhiêu? Nhiệt độ đó có tồn tại trong thực tế không? HS: t = - 2730C. Trong thực tế không thể tồn tại nhiệt độ này vì nếu tồn tại có nghĩa là tồn tại áp suất của chất khí bằng 0. Mà các phân tử, nguyên tử luôn chuyển động hỗn loạn, không ngừng. Ο: Như vậy theo lý thuyết thì nhiệt độ thấp nhất của chất khí là – 2730C. Nhà bác học Ken vil thấy rằng đã là nhiệt độ thấp nhất thì nên bắt đầu từ con số 0. Vì vậy ông đã đề xuất một nhiệt giai mới mang tên mình. Nhiệt giai Ken vil, ký hiệu là độ K. Trong thang nhiệt độ mới, Kenvil chọn 0K ứng với - 2730C là độ không tuyệt đối và khoảng cách 1độ K bằng khoảng cách 1 độ C. Δ: Nếu biết nhiệt độ trong nhiệt giai Kenvil (T) có thể tìm được nhiệt độ trong nhiệt giai xen-xi-ut không? Định hướng giải quyết nhiệm vụ Xác định giải pháp và thực hiện giải pháp: HS: có, bằng suy luận. 00K ứng với – 2730C và khoảng cách mỗi độ K bằng khoảng cách mỗi độ C. Suy ra T = t + 273. Ο: Và nhiệt độ đo trong nhiệt giai mới này ta gọi là nhiệt độ tuyệt đối. Khái quát và củng cố kết quả: Δ: Một em hãy định nghĩa nhiệt độ tuyệt đối. Δ: Áp dụng công thức về nhiệt độ tuyệt đối biểu diễn định luật Sac – lơ trong nhiệt giai Ken vil. HS: Thay t = T – 273 vào biểu thức: p = p0 (1 + γ t) suy ra Ο: Đây chính là dạng khác của định luật Sac – lơ. Theo cách viết này rõ ràng ta thấy được áp suất p và nhiệt độ tuyệt đối T tỷ lệ thuận với nhau. Đối với khí thực (không phải là khí lý tưởng) thì định luật này và định luật Bôi lơ – Mariot chỉ là gần đúng. (Giáo viên phát phiếu kiểm tra yêu cầu học sinh làm bài tập vận dụng) Ο: Giáo viên tổng kết bài. Tổ chức thực nghiệm sư phạm. Mục đích của thực nghiệm sư phạm: Dựa trên cơ sở tiến trình dạy học đã soạn thảo ở chương II, em đã tổ chức thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài và từ đó bổ xung hoàn thiện tiến trình dạy học nhằm đạt được đúng mục tiêu của đề tài. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm - Tổ chức dạy học theo tiến trình đã soạn, ghi hình giờ dạy - Phân tích băng hình, tách pha thể hiện các quá trình dạy học - Nhận xét, đánh giá ưu khuyết điểm thực nghiệm - Hoàn thiện bổ sung tiến trình dạy học Thời gian, đối tượng thực nghiệm sư phạm - Thời gian tổ chức dạy học: ngày 29 tháng 3 năm 2007 bám sát theo chương trình học của học sinh tại trường phổ thông - Đối tượng: Học sinh lớp 10 TN1 trường PTTH Yên Hòa. Đối tượng là những học sinh khá giỏi của trường, khả năng tư duy, kiến thức tốt. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm Khuyết điểm: Về phần tổ chức hoạt động dạy học thực tế trên lớp: - Do thời gian có hạn nên chưa chuẩn bị kịp thí nghiệm. Vì vậy giáo viên đã dùng thí nghiệm mô phỏng trên phần mềm Power poin. Việc số liệu thí nghiệm dùng để khảo sát được giáo viên đưa ra dựa vào các số liệu tính toán bằng lý thuyết nên không có tính thuyết phục về kết quả thí nghiệm. - Tiết học chưa thực hiện theo đúng tiến trình ở một số chỗ: Không tổ chức cho học sinh tự tiến hành vẽ đồ thị mà giáo viên làm thay. Chưa làm phiếu học tập nên giai đoạn củng cố học sinh tham gia làm bài trực tiếp trên bảng. Ưu điểm Bên cạnh những khuyết điểm trên, bài giảng cũng đạt được một số ưu điểm sau: - Tiết dạy đã bước đầu thực hiện được các giai đoạn của quá trình xây dựng một định luật vật lý theo con đường thực nghiệm. - Đa số các em đều trả lời được câu hỏi chuẩn bị điều kiện xuất phát - Về cơ bản giáo viên đã thể hiện được những bước chính của sơ đồ logic tiến trình xây dựng kiến thức. Ví dụ: Giáo viên tiến hành đủ các bước của tiến trình dạy học, nêu được những câu hỏi chính: Câu hỏi chuẩn bị điều kiện xuất phát cho học sinh: “Một lượng khí xác định khi nhiệt độ không đổi thì áp suất và thể tích có mối quan hệ như thế nào?” Câu hỏi nêu vấn đề là: Một lượng khí có khối lượng xác định khi thể tích không đổi thì áp suất phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào? Câu hỏi xác định giải pháp: “Để trả lời câu hỏi này bằng cách suy luận hay làm thí nghiệm? Nếu chỉ dùng suy luận liệu ta có thể xác định được mối quan hệ cả về định tính lẫn định lượng được không?” Các câu hỏi tiến hành giải pháp: - Học sinh đưa ra nhiều ý kiến dự đoán ban đầu về mối quan hệ giữa p, t của một lượng khí xác định có thể tích không đổi. - Học sinh tham gia tích cực trong việc đề xuất phương án thí nghiệm và vận dụng. - Đa số các em đều trả lời được câu hỏi chuẩn bị điều kiện xuất phát - Giáo viên đã biết cách khắc phục khó khăn về mặt thí nghiệm, sử dụng các phương tiện hiện đại hỗ trợ cho việc giảng dạy và hoạt động tư duy của học sinh. KẾT LUẬN CHUNG Thực hiện mục đích của luận văn, đối chiếu với các nhiệm vụ của đề tài, em thấy đã giải quyết các vấn đề sau: Dựa trên cơ sở lý luận về việc thiết kế hoạt động dạy học nhằm phát huy tính tích cực tự chủ của học sinh, đề tài đã xây dựng được tiến trình dạy học cụ thể bài “ Quy tắc hợp lực song song. Điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song” và bài “ Định luật Sac – lơ. Nhiệt độ tuyệt đôi”. Các tiến trình đã được soạn thảo theo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề có tác dụng thúc đẩy hoạt động nhận thức tự chủ, tích cực của học sinh. Sử dụng các phương tiện hiện đại kết hợp với các dụng cụ thí nghiệm trong việc tổ chức hoạt động dạy học bài mới Tiến trình soạn thảo đã được dạy thực nghiệm và ghi hình giờ dạy nhìn chung thực tế dạy học diễn ra phù hợp với tiến trình đã soạn. Từ việc phân tích băng hình thực nghiệm sư phạm em đã đưa ra những bổ sung sửa chữa để hoàn thiện tiến trình đã soạn thảo. Tiến hành tách pha quá trình dạy học theo đúng trình tự dạy học giải quyết vấn đề dưới dạng đĩa CD làm tài liệu phục vụ nghiên cứu giảng dạy. Bên cạnh đó khóa luận cũng còn một số hạn chế như: Chưa chế tạo được thành công thí nghiệm nghiên cứu định luật Sac – lơ. Thời gian thực hiện khóa luận không đủ để có thể tiến hành thực nghiệm nhiều vòng. Hướng nghiên cứu của đề tài: Trong thời gian tới, tiến hành giảng dạy thực nghiệm để tiến trình dạy học được bổ sung hoàn thiện hơn. Đồng thời em cũng tiếp tục cải tiến và chế tạo thí nghiệm xây dựng Định luật Sac – lơ dựa theo ý tưởng của đề tài. Những kết luận rút ra từ đề tài trên đây tạo điều kiện cho em mở rộng nghiên cứu của mình sang các phần khác của chương trình vật lý phổ thông sao cho đảm bảo tính kế thừa kết quả của đề tài góp phần nâng cao chất lượng dạy học vật lý ở trường phổ thông hiện nay. TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Gia Thịnh, Lương Tất Đạt, Vũ Thị Mai Lan, Ngô Diệu Nga, Đỗ Hương Trà: “ Thiết kế bài soạn Vật lý 10”. NXB Giáo dục – 2006. Đặng Thị Thùy Nga: “Thiết kế tiến trình hoạt động dạy học bài Định luật III Niutơn theo sách giáo khoa thí điểm vật lý 10 THPT ban khoa học tự nhiên bộ 1 nhằm phát huy tính tích cực tự chủ học tập của học sinh” Luận văn tốt nghiệp – 2006. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế “ Phương pháp dạy học Vật lý ở trường phổ thông” NXB Đại học Sư phạm - 2002 Nguyễn Thị Hồng: “ Thiết kế hoạt động dạy học một số bài chương Cảm ứng điện từ. Sách giáo khoa vật lý 11 THPT nhằm phát huy tính tích cực tự chủ học tập của học sinh”. Luận văn tốt nghiệp – 2006. Phạm Hữu Tòng: “ Hình thành kiến thức, kỹ năng, phát triển trí tuệ và năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lý. NXB Giáo dục - 1996 Phạm Hữu Tòng: “ Lý luận dạy học Vật lý ở trường phổ thông. NXB Giáo dục – Hà Nội 2001. Phạm Hữu Tòng, Nguyễn Đức Thâm, Phạm Xuân Qưế, Đỗ Hương Trà: “ Tài liệu bồi dưỡng nâng cao năng lực cho giáo viên trung học phổ thông về đổi mới phương pháp dạy học môn Vật lý” – 2005. Sách giáo khoa vật lý 10 nâng cao – NXB Giáo dục – 2006 Sách giáo khoa vật lý 10 – NXB Giáo dục – 2006