Khóa luận tốt nghiệp: Biên soạn và hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị trung học phổ thông

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:168

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chính của đề tài là nghiên cứu cơ sở lý luận về bài tập vật lý, nghiên cứu cơ sở lý thuyết về đồ thị - hàm số trong Toán. Xác định các cơ sở, dấu hiệu nhận biết bài tập vật lý dạng đồ thị và các cách thể hiện dữ kiện, thông số trên đồ thị, từ đó biên soạn hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị. Xây dựng quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Biên soạn và hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TPHCM KHOA VẬT LÝ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý ĐỀ TÀI: BIÊN SOẠN VÀ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG SVTH: Đinh Trung Hưng MSSV: 41.01.102.040 GVHD: TS. Đỗ Văn Năng TP. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2019
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được khóa luận tốt nghiệp này, đầu tiên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS. Đỗ Văn Năng đã tận tình hướng dẫn và động viên trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Xin gửi lời cảm ơn đến Ban Chủ Nhiệm Khoa Vật Lý Trường Đại Học Sư Phạm – TP. Hồ Chí Minh, các Thầy (Cô) và các em học sinh Trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong - TP. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện để khóa luận tốt nghiệp này được thực hiện và thực nghiệm sư phạm. Xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy (Cô) thuộc Khoa Vật Lý Trường Đại Học Sư Phạm – TP. Hồ Chí Minh đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn, một phần giúp cho khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thiện. TP. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 04 năm 2019 Sinh viên Đinh Trung Hưng
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Các cơ sở, dấu hiệu nhận biết bài tập vật lý dạng đồ thị ..........................17 Bảng 1.2. Tám cách thể hiện dữ kiện, thông số trên đồ thị.......................................22 Bảng 2.1. Trình tự sắp xếp hệ thống bài tập trong chủ đề bài tập vật lý dạng đồ thị ...................................................................................................................................29 Bảng 2.2. Các câu hỏi và gợi ý trong các bước của quy trình hướng dẫn học sinh (trình độ trung bình yếu) giải bài tập vật lý dạng đồ thị .........................................116 Bảng 2.3. Các câu hỏi và gợi ý trong các bước của quy trình hướng dẫn học sinh (trình độ trung bình khá) giải bài tập vật lý dạng đồ thị .........................................118 Bảng 2.4. Các câu hỏi và gợi ý trong các bước của quy trình hướng dẫn học sinh (trình độ khá giỏi) giải bài tập vật lý dạng đồ thị ....................................................120 Bảng 3.1. Thống kê số học sinh đạt điểm số của bài kiểm tra đầu vào ..................138 Bảng 3.2. Thống kê số học sinh đạt điểm số của bài kiểm tra đầu ra .....................138 Bảng 3.3. Kết quả các thông số thống kê ................................................................139
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1. Phương pháp giải bài tập vật lý ..................................................... 11 Sơ đồ 2.1. Quy trình giải bài tập vật lý dạng đồ thị ...................................... 115 Sơ đồ 2.2. Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị ..... 121
MỤC LỤC 1. Lí do chọn đề tài ...................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................... 2 3. Giả thuyết khoa học ................................................................................................ 2 4. Nhiệm vụ nghiên cứu .............................................................................................. 2 5. Đối tượng nghiên cứu.............................................................................................. 2 6. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................. 3 7. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................... 3 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN, THỰC TIỄN HOẠT ĐỘNG GIẢI, HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ Ở TRƯỜNG THPT .......................................................................................................................... 4 1.1. Bài tập vật lý ........................................................................................................ 4 1.1.1. Bài tập vật lý ..................................................................................................... 4 1.1.2. Vai trò của bài tập vật lý ................................................................................... 4 1.1.3. Phân loại bài tập vật lý ...................................................................................... 6 1.1.4. Phương pháp giải bài tập vật lý ......................................................................... 9 1.2. Bài tập vật lý dạng đồ thị ................................................................................... 12 1.2.1. Đồ thị ............................................................................................................... 12 1.2.2. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lý .................................. 13 1.2.3. Các cơ sở, dấu hiệu nhận biết bài tập vật lý dạng đồ thị................................. 14 1.2.4. Một số cách thể hiện các dữ kiện, thông số trên đồ thị trong bài tập vật lý dạng đồ thị dạng ngược ...................................................................................................... 18 1.3. Thực trạng hoạt động hướng dẫn giải, giải và hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị ở trường THPT .......................................................................................................... 23 1.3.1. Thực trạng ....................................................................................................... 23 1.3.2. Một số thuận lợi và khó khăn .......................................................................... 26 1.3.3. Phương hướng khắc phục................................................................................ 27
CHƯƠNG 2: BIÊN SOẠN HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ VÀ QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ............................................................................................................................ 28 2.1. Biên soạn hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị .................................................... 28 2.1.1. Tiêu chí biên soạn hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị ................................... 28 2.1.2. Hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị ................................................................. 30 2.2. Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị .......................... 110 2.2.1. Quy trình giải bài tập vật lý dạng đồ thị ....................................................... 110 2.2.2. Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị ....................... 115 2.3. Vận dụng quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị .......... 122 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ....................................................... 137 3.1. Mục tiêu thực nghiệm sư phạm ........................................................................ 137 3.2. Phạm vi và đối tượng thực nghiệm sư phạm ................................................... 137 3.2.1. Phạm vi thực nghiệm .................................................................................... 137 3.2.2. Đối tượng thực nghiệm ................................................................................. 137 3.3. Tiến trình thực nghiệm ..................................................................................... 137 3.3.1. Chọn mẫu thực nghiệm ................................................................................. 137 3.3.2. Tổ chức thực nghiệm..................................................................................... 137 3.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm ................................................................. 137 3.4.1. Phương pháp định lượng ............................................................................... 137 3.5. Kết quả thực nghiệm sư phạm.......................................................................... 138 3.6. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ....................................... 139 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................... 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 141 PHỤ LỤC ............................................................................................................... 142
1 1. Lí do chọn đề tài Giải bài tập vật lý là kĩ năng được rèn luyện chủ yếu và chiếm nhiều thời gian nhất trong nhiều kĩ năng mà bộ môn vật lý bồi dưỡng cho học sinh, việc giải bài tập vật lý mang lại nhiều tác dụng tích cực như giúp cho việc ôn tập, củng cố và mở rộng kiến thức, kĩ năng cho học sinh, bài tập có thể là khởi đầu cho một kiến thức mới hoặc có thể phát triển năng lực tự lực làm việc của học sinh, phát triển tư duy sáng tạo của học sinh,… [2]. Bài tập vật lý được phân loại rõ ràng để giáo viên dễ dàng lựa chọn và sử dụng hợp lí các bài tập vật lý trong dạy học, nếu phân loại dựa trên tiêu chí là phương thức giải thì bài tập vật lý được chia ra làm bốn loại cơ bản là bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập thí nghiệm và bài tập đồ thị (bài tập vật lý dạng đồ thị) [3]. Có nhiều nghiên cứu liên quan đến vấn đề giải bài tập vật lý. Nhìn chung các nghiên cứu đã có, dựa trên nguyên tắc sử dụng một phần kiến thức cụ thể của vật lý học như “cơ học” hoặc “dao động cơ” hoặc “dòng điện xoay chiều”, từ đó phân loại các dạng bài tập, nêu phương pháp giải, xây dựng quy trình hướng dẫn giải hoặc phát triển các năng lực khác của học sinh thông qua quá trình giải bài tập đó. Ưu điểm của các nghiên cứu đã có là giúp cho giáo viên, học sinh có nguồn bài tập để rèn luyện, giúp cho giáo viên áp dụng các tiến trình dạy học để hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý logic và hiệu quả, ngoài ra thông qua việc giải bài tập vật lý mà học sinh có thể nâng cao được các kĩ năng, năng lực khác. Tuy nhiên các nghiên cứu đã có vẫn còn dựa nhiều vào hai loại bài tập chính là định tính và định lượng mà chưa có nhiều nghiên cứu về hai loại bài tập thí nghiệm và bài tập đồ thị, đặc biệt là loại bài tập đồ thị. Trong khi đó đồ thị là một công cụ toán học quan trọng, đồ thị có nhiều ứng dụng trong các môn khoa học và đời sống, chẳng hạn như phát hiện ra các bệnh liên quan đến tim mạch dựa vào “điện tâm đồ”, tiên đoán được các tiên đề Bo dựa vào “quang phổ”, phát hiện ra các đại lượng vật lý mới dựa vào việc vẽ đồ thị của các kết quả thực nghiệm, đồ thị giúp giải quyết được dễ dàng các bài toán về chuyển động trong thực tế… Những điều đó được thể hiện rõ ràng hơn khi những năm gần đây, đề thi trung học phổ thông quốc gia (THPTQG) môn vật lý đã chú trọng
2 đến các bài tập vật lý dạng đồ thị, điều đó đã gây không ít khó khăn cho học sinh khi chỉ quen với cách giải hai loại bài tập định tính và định lượng, đa số học sinh không có kĩ năng lấy dữ kiện, thông số từ đồ thị khi giải các bài tập vật lý dạng đồ thị. Hiện nay các bài tập vật lý dạng đồ thị vẫn còn rời rạc, chưa có hệ thống bài tập về đồ thị riêng biệt để giáo viên, học sinh có thể tham khảo, các bài tập vật lý dạng đồ thị chủ yếu là mảng nhỏ của kiến thức vật lý phổ thông như dao động điều hòa, điện xoay chiều,… . Chính vì những lí do kể trên, việc nghiên cứu đề tài “Biên soạn và hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị trung học phổ thông” là cần thiết. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài + Biên soạn được hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị. + Xây dựng được quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị. 3. Giả thuyết khoa học + Nếu biên soạn được hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị và hướng dẫn học sinh giải được bài tập vật lý dạng đồ thị thì sẽ giúp cho học sinh có được nguồn bài tập vật lý dạng đồ thị phong phú và nâng cao được khả năng giải bài tập vật lý dạng đồ thị. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu + Nghiên cứu cơ sở lý luận về bài tập vật lý, nghiên cứu cơ sở lý thuyết về đồ thị - hàm số trong Toán. + Xác định các cơ sở, dấu hiệu nhận biết bài tập vật lý dạng đồ thị và các cách thể hiện dữ kiện, thông số trên đồ thị, từ đó biên soạn hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị. + Xây dựng quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị + Vận dụng quy trình để hướng dẫn học sinh giải một số bài tập vật lý dạng đồ thị + Thực nghiệm sư phạm để kiểm tra đánh giá quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị. 5. Đối tượng nghiên cứu + Bài tập vật lý dạng đồ thị.
3 + Quy trình hướng dẫn giải bài tập vật lý dạng đồ thị. + Học sinh trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong, quận 5, TPHCM. 6. Phạm vi nghiên cứu + Địa bàn nghiên cứu: trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong, quận 5, TPHCM. + Nội dung chương trình: Kiến thức vật lý chương trình vật lý phổ thông. + Thời gian: Khoảng 9 tháng. 7. Phương pháp nghiên cứu * Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: + Nghiên cứu các sách, giáo trình, các tạp chí, các nghiên cứu liên quan đến đề tài nghiên cứu. + Nghiên cứu phần “Đồ thị - hàm số” trong Toán. + Nghiên cứu kiến thức vật lý chương trình vật lý phổ thông. * Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: + Điều tra, thu thập ý kiến về thực trạng hoạt động giải, hướng dẫn giải bài tập vật lý dạng đồ thị của giáo viên và học sinh. * Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: + Thực nghiệm tại trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong, quận 5, TPHCM.
4 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN, THỰC TIỄN HOẠT ĐỘNG GIẢI, HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ Ở TRƯỜNG THPT 1.1. Bài tập vật lý 1.1.1. Bài tập vật lý Bài tập vật lý được hiểu là một yêu cầu đặt ra cho người học, được người học giải quyết dựa trên cơ sở các suy luận logic nhờ các phép tính toán, các thí nghiệm, dựa trên những kiến thức về khái niệm, định luật và các thuyết vật lý [2]. 1.1.2. Vai trò của bài tập vật lý Bài tập vật lý giúp cho việc ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức Trong các giờ lý thuyết trên lớp học, học sinh được trang bị những kiến thức trừu tượng về khái niệm, định luật, thuyết vật lý,… Khi học sinh rèn luyện các bài tập vật lý thì học sinh phải vận dụng những kiến thức trừu tượng đó vào những trường hợp cụ thể, nhờ thế mà học sinh nắm được các biểu hiện cụ thể của chúng trong thực tế. Ví dụ: Thông qua các bài tập vật lý liên quan đến định luật II Niuton thì học sinh thấy được định luật này có thể áp dụng để xác định chuyển động của tất cả các vật mà học sinh thấy hàng ngày, từ chuyển động của các hạt đến chuyển động của xe hoặc thậm chí là chuyển động của các hành tinh [3]. Bài tập vật lý là điểm khởi đầu để dẫn dắt đến kiến thức mới Ở bậc Trung học phổ thông, các kiến thức vật lý, công cụ toán học của học sinh đã phát triển, khả năng phân tích hiện tượng của học sinh nhạy bén. Nếu bài tập vật lý được giáo viên biên soạn và sử dụng khéo léo trong quá trình dạy học thì có thể dẫn dắt học sinh tự tìm tòi ra một hiện tượng mới, thậm chí học sinh có thể xây dựng một khái niệm mới để giải thích cho hiện tượng mới đó. Ví dụ: Khi vận dụng định luật II Niuton để giải bài toán tính trọng lượng của một bao gạo khi bao gạo được đặt trên một cái cân và cả hệ cân và bao gạo được đặt trong một thang máy đang di chuyển lên xuống. Dựa vào bài tập này học sinh có thể đưa vào khái niệm tăng, giảm trọng lượng [3].
5 Bài tập vật lý giúp rèn luyện kĩ năng vận dụng các kiến thức vào thực tiễn Các bài tập vật lý có thể liên quan đến các lĩnh vực khác nhau trong thực tiễn như khoa học kĩ thuật, giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp,… Các bài tập loại này giúp học sinh có thể liên hệ giữa lí thuyết và thực hành, giúp học sinh có thể vận dụng các kiến thức đã học vào đời sống. Ví dụ: Vì sao đường ray tàu hỏa không làm nối tiếp nhau mà có những khe nhỏ giữa các đoạn đường ray”. Để trả lời được câu hỏi này học sinh phải dựa vào các tính chất sự giản nở vì nhiệt của vật rắn, như vậy sau khi trả lời được câu hỏi này thì học sinh đã vận dụng kiến thức vật lý đã học vào trong thực tiễn [3]. Bài tập vật lý giúp phát triển tư duy sáng tạo Khi giải bài tập vật lý, học sinh phải tìm hiểu đề bài, xem đề bài đã cho những giả thuyết gì, cần tìm những đại lượng gì, học sinh phải phân tích hiện tượng vật lý, vận dụng hàng loạt các thao tác tư duy để xác lập các mối quan hệ giữa các đại lượng, thậm chí là tiến hành một số thí nghiệm để cho ra kết quả chính xác và nhanh nhất. Chính vì thế nếu giáo viên biết cách lựa chọn loại bài tập có thể tối đa hóa khả năng sáng tạo và tính tò mò của học sinh thay vì những bài tập chỉ yêu cầu áp dụng công thức đơn giản có thể phát triển được tư duy sáng tạo, bồi dưỡng hứng thú học tập cho học sinh [3]. Bài tập vật lý giúp kiểm tra kiến thức, kĩ năng Ở tất cả các trường THPT hiện nay, việc kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh đều thông qua các bài tập dưới hình thức các bài kiểm tra như kiểm tra 15 phút, kiểm tra 1 tiết,… Dựa vào các bài kiểm tra đó giáo viên có thể kịp thời chỉnh sửa sai lầm của học sinh mắc phải. Giải bài tập vật lý đang là thước đo chính xác nhất để giáo viên có thể kiểm tra được mức độ nắm vững được kiến thức, kĩ năng của học sinh, từ đó giáo viên có thể điều chỉnh nội dung, phương pháp dạy học nhằm giúp quá trình dạy học đạt được hiệu quả cao [3].
6 1.1.3. Phân loại bài tập vật lý Tùy theo mục đích mà bài tập được phân loại theo nhiều cách khác nhau: phân loại theo nội dung, theo phương thức giải, theo yêu cầu định tính hay định lượng của việc nghiên cứu vấn đề, theo yêu cầu luyện tập kĩ năng hay phát triển tư duy sáng tạo của học sinh trong quá trình học tập, theo hình thức làm bài là tự luận hay trắc nghiệm khách quan [5]. * Phân loại theo hình thức làm bài Phân loại theo hình thức làm bài thì bài tập vật lý gồm hai loại là bài tập tự luận và bài tập trắc nghiệm. Bài tập trắc nghiệm gồm bốn dạng là “trắc nghiệm đúng – sai”, “trắc nghiệm nhiều lựa chọn”, “trắc nghiệm điền khuyết” và “trắc nghiệm ghép đôi” [5]. * Phân loại theo yêu cầu luyện tập kĩ năng, phát triển tư duy Phân loại theo yêu cầu luyện tập kỹ năng, phát triển tư duy thì bài tập vật lý gồm hai loại là bài tập luyện tập và bài tập sáng tạo. Bài tập sáng tạo gồm hai dạng là “bài tập nghiên cứu” và “bài tập thiết kế” [5]. * Phân loại theo phương thức giải Bài tập định tính Bài tập định tính là bài tập mà khi giải, phải vận dụng các khái niệm, định luật, thuyết vật lý,… hoặc thông qua một số phép tính toán đơn giản để giải thích hiện tượng vật lý [5]. Ví dụ: Giải thích tại sao thành ngoài của một cốc đựng nước đá lại ướt, mặc dù trước khi đổ nước đá vào cốc ta đã lau khô cốc cẩn thận? Bài tập định lượng Bài tập định lượng là bài tập mà khi giải, phải vận dụng các khái niệm, định luật, thuyết vật lý,… để thiết lập các phương trình từ hiện tượng vật lý của đề bài, thông qua một loạt các phép biến đổi các phương trình để cho kết quả ở dạng kí hiệu hoặc đáp số định lượng cụ thể. Bài tập định lượng gồm hai dạng là “bài tập cơ bản” và “bài tập tổng hợp” [5].
7 Bài tập thí nghiệm Bài tập thí nghiệm là bài tập định tính hoặc định lượng nhưng phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lý thuyết hoặc để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập [5]. Ví dụ: Cầm đầu trên của một sợi dây cao su có một quả nặng buộc ở đầu dưới. Sợi dây cao su sẽ dãn ra hay co lại nếu ta đột ngột nâng tay lên cao hay hạ tay xuống thấp? Hãy làm thí nghiệm kiểm tra [5]. Bài tập đồ thị (Bài tập vật lý dạng đồ thị) Bài tập đồ thị hay bài tập vật lý dạng đồ thị sẽ được tìm hiểu kĩ hơn ở mục 1.2. Bài tập vật lý dạng đồ thị được chia làm hai dạng là dạng thuận và dạng nghịch: Dạng thuận là dạng mà phải vẽ đồ thị, tức dựa trên các cơ sở tìm được các dữ kiện và mối quan hệ giữa các dữ kiện, cần chọn hệ trục tọa độ, chọn các tỉ xích thích hợp và biểu diễn mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lý trên đồ thị. Dạng nghịch là dạng mà đồ thị đã được cho trong giả thiết của bài tập, lúc này các thông số, dữ kiện sẽ được thể hiện trên đồ thị, muốn giải được dạng này, yêu cầu phải biết xử lý các thông số, dữ kiện đó để xác lập các mối liên hệ và đưa ra kết quả cần tìm. Ví dụ: Đồ thị bên biểu diễn mối quan hệ giữa li độ x và thời gian t của một vật dao động điều hòa. Viết phương trình li độ x của vật?
8 * Phân loại theo nội dung Theo các chủ đề của tài liệu vật lý Dựa vào nội dung vật lý chia các bài tập thành Cơ học, Nhiệt học, Điện học, Quang học,… Sự phân chia này có tính chất quy ước vì có khi kiến thức sử dụng trong giả thiết của một bài tập không phải chỉ lấy từ một phần nội dung của giáo trình vật lý [5]. Bài tập kĩ thuật tổng hợp Bài tập kĩ thuật tổng hợp là các bài tập mà nội dung liên quan đến những tài liệu về kĩ thuật, về sản xuất nông công nghiệp, về giao thông liên lạc,… các số liệu phải là số liệu thực [5]. Ví dụ: Tại sao ở những đoạn đường cua thì mặt đường ở phần ngoài thường cao hơn ở phần trong. Bài tập có nội dung lịch sử vật lý Bài tập có nội dung lịch sử vật lý là bài tập chứa đựng những kiến thức có đặc điểm lịch sử, những dữ kiện về các thí nghiệm vật lý cổ điển, về những phát minh, sáng chế hay những câu chuyện có tính chất lịch sử [5]. Ví dụ: Vào năm 1662 Boyle (1627 – 1691) nhà vật lý người Anh và người phụ tá Townly, đã làm thí nghiệm tìm ra một định luật cho biết mối liên hệ giữa thể tích và áp suất của một khối lượng khí xác định khi nhiệt độ của khối khí không thay đổi. Định luật đó hiện nay có tên là gì và hãy phát biểu định luật đó. Bài tập vật lý vui Bài tập vật lý vui là những bài tập sử dụng các dữ kiện, hiện tượng kì lạ, lí thú. Việc giải các bài tập này sẽ làm cho tiết học của học sinh sinh động, nâng cao được hứng thú học tập của học sinh [5]. Ví dụ: Vào những ngày mùa đông, tiết trời rất lạnh, vì thế thông thường người đi bộ phải đi nhanh để đỡ bị cóng rét. Tuy nhiên chim bay nhanh trong tiết trời lạnh thì chúng lại bị rét cóng và rớt xuống đất. Tại sao có sự mâu thuẫn như vậy, em hãy thử giải thích?
9 1.1.4. Phương pháp giải bài tập vật lý Từng dạng bài tập vật lý đều có một cách giải riêng, tùy vào nội dung bài tập, trình độ học sinh hoặc mục đích do giáo viên đặt ra. Tuy nhiên muốn giải được một bài tập vật lý nói chung, thông thường đều phải trải qua bốn bước, đó là: tìm hiểu đề bài, phân tích hiện tượng, xây dựng lập luận và biện luận kết quả [4]. Bước 1: Tìm hiểu đề bài Khi đọc kĩ đề bài sẽ giúp học sinh hiểu rõ được vấn đề của bài tập muốn hướng tới và xác định được các thuật ngữ quan trọng của đề bài. Trong quá trình đọc đề bài, phải xác định được những đại lượng mà đề bài đã cho và đại lượng mà đề bài yêu cầu tìm, sau đó tiến hành việc tóm tắt bằng cách ghi lại đại lượng đề cho và đại lượng cần tìm ở dạng kí hiệu vật lý, đối với các đại lượng đề cho phải có kèm theo trị số và đơn vị. Trong quá trình tóm tắt nên đổi tất cả đơn vị thành một hệ đơn vị thống nhất, thông thường phải đổi thành đơn vị chuẩn SI. Đối với các bài tập phức tạp, sau khi tóm tắt đề bài thì cần có một sơ đồ hoặc một hình vẽ mô tả một cách ngắn gọn về các giai đoạn diễn biến của hiện tượng vật lý nêu trong đề bài. Nhìn vào trong sơ đồ hoặc hình vẽ có thể giúp cho học sinh có cái nhìn tổng thể về hiện tượng vật lý, không bỏ sót các giai đoạn diễn biến của hiện tượng vật lý [4]. Bước 2: Phân tích hiện tượng Đối với các bài tập đơn giản thì học sinh có thể tự xác định được hiện tượng vật lý của đề bài có những giai đoạn diễn biến nào, mỗi giai đoạn đó có liên quan đến khái niệm nào, định luật nào hoặc thuyết nào trong vật lý. Đối với các bài tập phức tạp hơn, khi hiện tượng vật lý được đề bài ẩn dấu kĩ lưỡng bởi các thuật ngữ quan trọng, thì giáo viên phải là người giúp học sinh bằng cách chuẩn bị một hệ thống câu hỏi gợi mở liên quan đến các thuật ngữ quan trọng đó. Tùy vào mỗi loại bài tập liên quan đến cơ học, nhiệt học, điện học, quang học,… mà giáo viên phải có cách dẫn dắt học sinh để phân tích hiện tượng khác nhau. Chẳng hạn các bài tập liên quan đến động lực học chất điểm thì phải phân tích được vật
10 chuyển động dưới tác dụng của những lực nào, với bài tập liên quan đến nhiệt học thì phải phân tích được hệ đang biến đổi theo quá trình gì,… Khi giải bài tập vật lý, giáo viên phải đảm bảo học sinh phải phân tích hiện tượng vật lý một cách có logic và hiệu quả, tránh trường hợp không phân tích hiện tượng hoặc phân tích hiện tượng không kĩ lưỡng mà áp dụng công thức ngay để giải thì học sinh sẽ không hiểu được bản chất của hiện tượng vật lý, khi giáo viên phát triển bài tập đó ở mức độ vừa phải thì học sinh sẽ không giải được. Lưu ý, đối với một hiện tượng vật lý có nhiều cách tiếp cận thì giáo viên nên giới thiệu và yêu cầu học sinh phân tích nên chọn hướng tiếp cận nào để cho ra kết quả nhanh nhất, chẳng hạn đối với các bài tập cơ học thì có thể giải theo hướng năng lượng hoặc theo hướng định luật Niuton [4]. Bước 3: Xây dựng lập luận Sau khi nắm được các hiện tượng vật lý của đề bài liên quan đến khái niệm nào, định luật nào hoặc thuyết nào trong vật lý thì học sinh sẽ thiết lập được các biểu thức, phương trình vật lý liên quan đến đại lượng đã cho và đại lượng cần tìm. Sau khi thiết lập được các biểu thức, phương trình vật lý thì giáo viên yêu cầu học sinh suy nghĩ kế hoạch giải các biểu thức, phương trình vật lý đó để tìm đại lượng đề bài yêu cầu ở dạng kí hiệu vật lý (bằng chữ) được biểu thị thông qua các đại lượng đề bài đã cho và tiến hành thế những trị số (đã đổi cùng một hệ thống đơn vị) của đại lượng đề bài đã cho để ra kết quả. Nếu kết quả là số thập thân thì giáo viên cần hướng dẫn học sinh biết cách làm tròn sao cho hợp lí [4]. Bước 4: Biện luận kết quả Học sinh cần đối chiếu kết quả với các điều kiện của đề bài hoặc các điều kiện thực tế. Chẳng hạn khi tính vận tốc của một chất điểm v = 4.108 m/s, kết quả này là vô lí vì nó lớn hơn vận tốc ánh sáng là 3.108 m/s hoặc khi tính gia tốc trọng trường ở mặt đất g = 9 m/s2, kết quả này là vô lí vì nó quá nhỏ so với gia tốc trọng trường thật sự là khoảng 9,81 m/s2 [4].
11 Trên đây là các bước chung để giải một bài tập vật lý, tuy nhiên tùy vào mức độ của bài tập mà có thể bỏ qua một số bước, vì thế giáo viên nên linh hoạt khi áp dụng quy trình trên để hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý. Đọc đề bài Tóm tắt đề bài Tìm hiểu đề bài Đổi đơn vị Vẽ sơ đồ hoặc đồ thị mô tả hiện tượng Xác định hiện tượng vật lý có mấy giai đoạn Phân tích hiện tượng Xác định kiến thức vật lý liên quan đến các giai đoạn Thiết lập các phương trình Xây dựng lập luận Lập kế hoạch giải và giải Biện luận kết quả Sơ đồ 1.1. Phương pháp giải bài tập vật lý
12 1.2. Bài tập vật lý dạng đồ thị 1.2.1. Đồ thị Để hiểu rõ hơn bài tập vật lý dạng đồ thị, ở mục này tác giả nhắc lại khái niệm về đồ thị, đầu tiên tác giả nhắc lại khái niệm về hàm số. * Hàm số Hàm số là một dạng tổng quát để mô tả sự phụ thuộc của hai hoặc nhiều đại lượng biến đổi nào đó. Trong vật lý hàm số chính là biểu thức vật lý. Hàm số được định nghĩa: nếu đại lượng y phụ thuộc vào đại lượng thay đổi x sao cho mỗi giá trị của x ta luôn xác định được chỉ một giá trị tương ứng của y thì y được gọi là hàm số của x và x được gọi là biến số. Nếu vô số giá trị của đại lượng x chỉ cho một giá trị của đại lượng y thì y được gọi là hàm số hằng [1]. Nếu x gọi là biến số và y gọi là hàm số thì thông thường người ta kí hiệu y = f ( x ) . Chẳng hạn y = f ( x ) = 2x + 3 . Có thể lấy một ví dụ trong vật lý như sau: Biểu thức của định luật Ohm cho U đoạn mạch có dạng: I = , R là điện trở và giả sử R có giá trị xác định. Vì ứng với R mỗi giá trị của hiệu điện thế U ta chỉ xác định được một giá trị của cường độ dòng điện I nên cường độ dòng điện I chính là hàm số và hiệu điện thế U chính là biến số U và có thể kí hiệu hàm số này là I = f ( U ) = . R * Đồ thị Đồ thị là tập hợp tất cả các điểm biểu diễn các cặp giá trị tương ứng (x ; y) của hàm số y = f ( x ) trên mặt phẳng tọa độ [1]. Ví dụ: Cho hàm số y = f ( x ) = 2x + 1 , hàm số này có đồ thị được biểu diễn trên mặt phẳng tọa độ như hình bên.
13 1.2.2. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lý Đồ thị được xây dựng dựa trên mối quan hệ của hai yếu tố tổng quát x và y. Đối với môn vật lý hai yếu tố đó chính là hai đại lượng vật lý, hai đại lượng vật lý này có mối quan hệ với nhau bằng một biểu thức vật lý và dựa vào biểu thức vật lý đó có thể vẽ lên một đồ thị biểu diễn mối quan hệ của hai đại lượng vật lý. Một bài tập vật lý dạng đồ thị luôn gắn liền với đồ thị và đó là “đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lý” Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lý có các đặc điểm cơ bản cần lưu ý sau: + Đặc điểm một: Đại lượng trên trục tọa độ là đại lượng vật lý và được thể hiện bằng kí hiệu Như đã phân tích, hai đại lượng trên hai trục tọa độ chính là hai đại lượng vật lý, hai đại lượng vật lý này có mối quan hệ với nhau thông qua một biểu thức vật lý U nào đó, chẳng hạn I = f ( U ) = và hai đại lượng này phải được thể hiện trên hai R trục tọa độ bằng kí hiệu. + Đặc điểm hai: Có đơn vị đi kèm trên trục tọa độ Đối với bài tập vật lý dạng đồ thị định tính thì không cần thiết phải thể hiện đơn vị trên hai trục tọa độ. Đối với bài tập vật lý dạng đồ thị định lượng thì việc có đơn vị đi kèm trên hai trục tọa độ là bắt buộc, tùy vào từng đại lượng vật lý cụ thể mà phải có đơn vị đi kèm tương ứng trên hai trục tọa độ. Đơn vị được thể hiện trên đồ thị không nhất thiết phải là đơn vị chuẩn SI, chẳng hạn như đơn vị của thời gian là giây (s) thì chúng ta vẫn có thể thể hiện trên trục tọa độ là mili giây (ms), micro giây ( s ) hoặc (10-3 s). + Đặc điểm ba: Không nhất thiết vẽ đủ bốn miền Trong vật lý có những đại lượng vật lý mang giá trị âm, dương hoặc cả âm và dương, điều này dẫn đến các hàm số, tức biểu thức vật lý sẽ có những điều kiện đi kèm, điều này dẫn đến việc khi vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hai đại lượng
14 vật lý có những miền mà đồ thị không xuất hiện. Vì thế nếu miền đồ thị không xuất hiện thì không cần vẽ miền đó trên mặt phẳng tọa độ. Ví dụ: Đồ thị bên biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu điện thế U và cường độ dòng điện I qua một đoạn mạch có điện trở R. Đầu tiên, hai đại lượng trên hai trục tọa độ là hai đại lượng vật lý và được thể hiện bằng kí hiệu là I và U. Thứ hai, trên trục OU có thể hiện đơn vị là Vôn (V) và trên trục OI có thể hiện đơn vị là miliampe (mA). Thứ ba, đồ thị là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ, được thể hiện trên miền phần tư thứ I của mặt phẳng tọa độ (vì ta có U = f ( I ) = R.I , biểu thức vật lý này có dạng đồ thị là đường thẳng đi qua gốc tọa độ và đại lượng cường độ dòng điện I và hiệu điện thế U đều dương). 1.2.3. Các cơ sở, dấu hiệu nhận biết bài tập vật lý dạng đồ thị Để biên soạn được các bài tập vật lý dạng đồ thị thì cần biết các cơ sở, dấu hiệu nhận biết bài tập vật lý dạng đồ thị. Bài tập vật lý dạng đồ thị bao gồm hai dạng là dạng thuận và dạng ngược. * Các cơ sở, dấu hiệu nhận biết bài tập vật lý dạng đồ thị dạng thuận + Không có đồ thị đi kèm trong đề bài Bài tập vật lý dạng đồ thị dạng thuận sẽ không có đồ thị đi kèm trong đề bài, nhìn chung một bài tập vật lý dạng đồ thị dạng thuận giống các bài tập vật lý dạng định lượng thông thường, chỉ khác ở yêu cầu của đề bài. + Có yêu cầu vẽ, dựng đồ thị Bài tập vật lý dạng đồ thị dạng thuận thì các yêu cầu của đề bài sẽ là vẽ hoặc dựng lại đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lý. Việc vẽ, dựng đồ thị nhờ vào biểu thức vật lý thể hiện mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lý và các số liệu