ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THẾ LÂM
XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP
“CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” NHẰM PHÁT TRIỂN
NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC VÀO THỰC TIỄN
CHO HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ
LUẬN VĂN THẠC SỸ SƢ PHẠM VẬT LÍ
Chuyên ngành: Lý luận và phƣơng pháp dạy học bộ môn Vật lí
Mã số: 8140111
HÀ NỘI – 2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
NGUYỄN THẾ LÂM
XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP
“CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” NHẰM PHÁT TRIỂN
NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC VÀO THỰC TIỄN
CHO HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ
LUẬN VĂN THẠC SỸ SƢ PHẠM VẬT LÍ
CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC
BỘ MÔN VẬT LÍ
Mã số: 8.14.01.11
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. Đinh Văn Dũng
HÀ NỘI – 2019
LỜI CẢM ƠN
Lời cảm ơn đầu tiên, em xin đƣợc gửi tới thầy hƣớng dẫn của mình -
PGS.TS. Đinh Văn Dũng, ngƣời đã giao đề tài luận văn và trực tiếp hƣớng dẫn
em. Trong suốt quá trình thực hiện, em đã luôn luôn nhận đƣợc sự hƣớng dẫn tận
tình và lĩnh hội những kiến thức sâu rộng từ thầy.
Nhân dịp này, em xin bày tỏ lời cảm ơn tới các thầy cô giáo, các cán bộ
công nhân viên đã tham gia công tác và giảng dạy tại Khoa sƣ phạm - Trƣờng
Đại H c Giáo Dục - Đại h c Quốc gia Hà Nội đã tận tình giảng dạy và gi p đ
em trong quá trình h c tập và nghiên cứu.
Và cũng xin cảm ơn sự quan tâm, động viên, gi p đ và tạo điều kiện tốt
nhất từ gia đình, bạn bè và thầy cô cho em trong suốt quá trình h c tập, nghiên
cứu và hoàn thành đề tài của mình.
Hà Nội, tháng 09 năm 2019
Tác giả
Nguyễn Thế Lâm
i
DANH MỤC VIẾT TẮT
STT Từ viết tắt Nghĩa
1 BTVL Bài tập Vật lí
2 ĐLBT Định luật bảo toàn
3 GV Giáo viên
4 HS H c sinh
5 HSG H c sinh giỏi
6 NLVDKT Năng lực vận dụng kiến thức
7 SGK Sách giáo khoa
8 TNSP Thực nghiệm sƣ phạm
9 THPT Trung h c phổ thông
10 THCS Trung h c cơ sở
11 TN Thực nghiệm
12 ĐC Đối chứng
ii
DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ
Hình 2.1: Sơ đồ cấu tr c nội dung chƣơng “Các định luật bảo toàn” ……....... 27
Hình 2.2: Thí nghiệm kiểm chứng ĐLBT động lƣợng ……………………….. 30
Hình 2.3: Tên lửa nhiều tầng …………………………………………….……. 31
Hình 2.4: Tên lửa chuyển động bằng phản lực ……………………………….. 31
Hình 2.5: Lực thực hiện công ……………………………………………….….32
Hình 2.6: Hộp số của động cơ ô tô ………………………………………….….33
Hình 2.7: Cần cẩu văng quả nặng để phá bức tƣờng ………………………….35
Hình 2.8: Ngƣời cử tạ ………………………………………….………………36
Hình 2.9: Vật có thế năng tr ng trƣờng ………………………………………..36
Hình 2.10: Vận động viên nhảy sào …………………………………………....37
Hình 2.11: Con lắc lò xo …………………………………………………….…38
Hình 2.12: Đồ thị tính công của lực đàn hồi …………………………………...39
Hình 2.13: Các hành tinh chuyển động xung quanh mặt trời ………………….43
Hình 2.14: "Tốc độ" diện tích của hành tinh bằng hằng số ………………….…43
Hình 2.15: Các vệ tinh nhân tạo chuyển động xung quanh Trái Đất ……….….44
Bảng 1.1: Bảng tiêu chí đánh giá năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn của
h c sinh ........................................................................................................ 24
Bảng 1.2: Bảng thống kê số lƣợng h c sinh đạt theo các tiêu chí đánh giá ……24
Bảng 1.3: Bảng thống kê điểm số ...……………………………………………24
Bảng 2.1. Lịch và nội dung cụ thể dạy nhóm thực nghiệm .................................68
Bảng 3.1: Bảng thống kê điểm số ……………………………………………...74
Bảng 3.2: Bảng thống kê h c sinh đạt từ điểm xi trở xuống …………………...75
Bảng 3.3: Bảng các tham số thống kê ……………………………………….…77
Biểu đồ 3.1: Đƣờng phân bố tần suất …………......……………………………75
Biểu đồ 3.2: Đƣờng phân bố tần suất lũy tích hội tụ lùi ….....………………....76
iii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ………………………………………………………………….. i
DANH MỤC VIẾT TẮT ……………………………………………………… ii
DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG VÀ SƠ ĐỒ ……………………………….. iii
MỤC LỤC …………………………………………………………………….. iv
MỞ ĐẦU ………………………………………………...………………………1
1. Lí do ch n đề tài.................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu .........................................................................................1
3. Nhiệm vụ nghiên cứu.........................................................................................1
4. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................2
5. Vấn đề nghiên cứu .............................................................................................2
6. Giả thuyết khoa h c...........................................................................................2
7. Giới hạn về phạm vi nghiên cứu .......................................................................2
8. Ý nghĩa khoa h c và ý nghĩa thực tiễn của đề tài .............................................2
9. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài ..................................................................3
10. Cấu tr c luận văn ............................................................................................3
CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .....................4
1.1. Vấn đề bồi dƣ ng h c sinh giỏi ……………………...……………………..4
1.1.1. Quan điểm về vai trò của ngƣời tài đối với sự nghiệp xây dựng và phát
triển đất nƣớc ……………………………………………………………...……..4
1.1.2. Bồi dƣ ng h c sinh giỏi phát triển thành ngƣời tài cho sự nghiệp xây dựng
và phát triển đất nƣớc ……………………………………..……………………..5
1.1.3. Năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi ……...…….5
1.1.4. Một số biện pháp bồi dƣ ng h c sinh giỏi nhằm phát triển năng lực vận
dụng kiến thức vào thực tiễn …………………………………..………………...8
1.2. Bồi dƣ ng h c sinh giỏi Vật lí …………………………..……………….…9
iv
1.2.1. Khái niệm về h c sinh giỏi Vật lí …………………………………………9
1.2.2. Bồi dƣ ng năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi
Vật lí thông qua dạy h c giải bài tập Vật lí ……………...……………………10
1.2.3. Phƣơng pháp giải các BTVL ……………………….……………………12
1.2.4. Các hình thức hƣớng dẫn h c sinh giải BTVL ………….………………15
1.3. Tìm hiểu đối tƣợng h c sinh lớp 10 trƣờng THPT Quế Võ số 3 để bồi dƣ ng
thành h c sinh giỏi vật lí ……………………………………………….………17
1.3.1. Khả năng phân tích hiện tƣợng vật lí ……………………………..……..17
1.3.2. Khả năng sử dụng công cụ toán h c ……………………………….……17
1.3.3. Khả năng sáng tạo, phát triển ý tƣởng …………………………..……….18
1.3.4. Kết quả điều tra.................................................................................. 17
Kết luận chƣơng 1 ………………...........………………………………..……..25
CHƢƠNG 2. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP ….………26
2.1. Nội dung kiến thức phần Các định luật bảo toàn …………………….……26
2.1.1. Cấu tr c nội dung phần Các định luật bảo toàn …………………………26
2.1.2. Phân tích nội dung chƣơng “Các định luật bảo toàn” ……………...……28
2.1.2.1. Định luật bảo toàn động lƣợng …………………………………...……28
2.1.2.2. Ứng dụng của ĐLBT động lƣợng: chuyển động bằng phản lực …..…..31
2.1.2.3. Công và công suất ………………………………………………..……32
2.1.2.4. Động năng và Định lý biến thiên động năng ………………..…………35
2.1.2.5. Khái niệm thế năng ……………………………………………………36
2.1.2.6. Cơ năng và Định luật bảo toàn cơ năng ………………………….……39
v
2.1.2.7. Va chạm đàn hồi và va chạm không đàn hồi …………………….……42
2.1.2.8. Các định luật Kê-ple …………………………………………...………42
2.1.2.9. Vệ tinh nhân tạo. Vận tốc vũ trụ ............................................................44
2.2. Mục tiêu dạy h c của chƣơng Các định luật bảo toàn ……….……………44
2.2.1. Kiến thức …………………………………………………..…………….45
2.2.2. Kỹ năng ………………………………………………….………………46
2.3. Một số nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập để bồi dƣ ng h c sinh
giỏi …...................................................................................................................46
2.4. Hệ thống bài tập ................................. ……………………...……………47
2.4.1. Bài tập định tính ……………………………………………...………….47
2.4.1.1. Bài tập có hƣớng dẫn giải ……………………………………...………47
2.4.1.2. Bài tập tự giải ……………………………………………….…………52
2.4.2. Bài tập định lƣợng …………………………………………….…………53
2.4.2.1. Bài tập có hƣớng dẫn ……………………………………………..……53
2.4.2.2. Bài tập tự giải …………………………………………………….……65
2.5. Sử dụng hệ thống bài tập …………………………………………………. 67
Kết luận chƣơng 2 ………...........………………………………………..……..69
CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM .......................................................70
3.1. Mục đích, đối tƣợng, nội dung thực nghiệm sƣ phạm .................................70
3.1.1. Mục đích thực nghiệm sƣ phạm ................................................................70
3.1.2. Đối tƣợng và nội dung thực nghiệm sƣ phạm ...........................................70
3.1.2.1. Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm ……………………………...……….70
3.1.2.2. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm …………………………...………70
3.1.2.3. Tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm ………………....……71
3.1.2.4. Thời gian tiến hành thực nghiệm ……………………………...………72
3.2. Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm ..................................................................72
vi
3.3. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm .....................................................................73
3.3.1. Phân tích định tính....................................................................................73
3.3.2. Phân tích kết quả định lƣợng .....................................................................74
3.3.2.1. Đề kiểm tra chất lƣợng ………………………………………..……….74
3.3.2.2. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm …………………………………………74
3.3.2.3. Phân tích kết quả thực nghiệm sƣ phạm ………………………………76
3.4. Hiệu quả của việc sử dụng hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn trong việc
phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi Vật lí ...78
Kết luận chƣơng 3 ………………............……………………………..…….....79
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ………………………………………….....81
1. Kết luận ……......…………………………………………………………….81
2. Khuyến nghị ……………………………………………………………..…..82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................83
vii
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Từ xƣa đến nay, ở các quốc gia khác nhau đều hết sức coi tr ng việc đào
tạo nhân tài trẻ, coi đó là yếu tố ảnh hƣởng rất lớn đến sự thịnh vƣợng của Quốc
gia. Vì vậy việc phát hiện và bồi dƣ ng h c sinh giỏi (HSG) để các em trở thành
những ngƣời có đủ đức, đủ tài là nhiệm vụ của ngƣời giáo viên, góp phần vào
công tác đào tạo nhân tài cho đất nƣớc.
Ở trƣờng THPT nếu lựa ch n, xây dựng đƣợc hệ thống bài tập Vật lí và
thiết kế đƣợc phƣơng án hƣớng dẫn h c sinh giải bài tập Vật lí phù hợp thì sẽ
góp phần vào việc nâng cao chất lƣợng bồi dƣ ng HSG. Quan tr ng hơn, các em
biết vận dụng các kiến thức đã đƣợc h c vào thực tiễn để phục vụ chính cuộc
sống con ngƣời. Từ lí do trên tôi đã ch n đề tài: “Xây dựng và sử dụng hệ
thống bài tập Các định luật bảo toàn nhằm phát triển năng lực vận dụng
kiến thức vào thực tiễn cho học sinh giỏi Vật lí”.
2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn (ĐLBT)
nhằm bồi dƣ ng năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi Vật
lí.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về bồi dƣ ng HSG Vật lí, bài tập
và phƣơng pháp giải bài tập Vật lí, việc sử dụng các bài tập Vật lí trong ôn thi
HSG.
- Nghiên cứu nội dung kiến thức, mục tiêu cần đạt khi nghiên cứu phần
Các định luật bảo toàn.
- Nghiên cứu lí luận về năng lực vận dụng kiến thức chuyên môn vào thực
tiễn.
1
- Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn nhằm bồi
dƣ ng năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi Vật lí.
- Thực hiện việc thực nghiệm sƣ phạm để xem xét khả năng thực thi của
đề tài.
4. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu
- Khách thể: HSG lớp 10 tại trƣờng THPT Quế Võ số 3 – Bắc Ninh.
- Đối tƣợng: Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn
nhằm bồi dƣ ng năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi Vật
lí.
5. Vấn đề nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu hai nội dung sau:
- Xây dựng hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn nhƣ thế nào để đáp ứng
đƣợc với yêu cầu bồi dƣ ng h c sinh giỏi ở trƣờng THPT?
- Việc sử dụng hệ thống bài tập đó nhƣ thế nào để gi p h c sinh giỏi Vật lí
phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn?
6. Giả thuyết khoa học
Nếu xây dựng đƣợc hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn và sử dụng
hợp lí sẽ giúp h c sinh giỏi Vật lí phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào
thực tiễn.
7. Giới hạn về phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng khảo sát là HSG Vật lí lớp 10 của trƣờng THPT Quế Võ số 3 –
Bắc Ninh.
8. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa lý luận của đề tài: Đề tài phát triển lí luận về rèn luyện kĩ năng
giải bài tập Vật lí, khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi
Vật lí.
2
- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Kết quả nghiên cứu có thể đƣợc sử dụng
trong công tác bồi dƣ ng h c sinh giỏi môn Vật lí ở trƣờng THPT.
9. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài
Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã dùng các phƣơng pháp sau đây:
- Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu lý luận về HSG, HSG môn
Vật lí, bài tập Vật lí, năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn.
- Phƣơng pháp nghiên cứu trực tiếp từ thực tiễn cuộc sống:
Nghiên cứu thực tiễn về hệ thống bài tập đã có và việc sử dụng các bài tập
về “Các định luật bảo toàn” trong công tác bồi dƣ ng HSG. Nghiên cứu về năng
lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HSG.
- Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm để kiểm chứng:
Tiến hành dạy đồng thời hai nhóm: nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng.
Một lớp sử dụng hệ thống bài tập đƣợc xây dựng mới và một lớp sử dụng hệ
thống bài tập đã có từ trƣớc.
- Phƣơng pháp thống kê toán h c: nhằm kiểm tra, phân tích, đánh giá kết
quả thực nghiệm sƣ phạm đã đạt đƣợc ở trên.
10. Cấu trúc luận văn
Luận văn bao gồm: phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham
khảo, luận văn đƣợc trình bày trong 3 chƣơng:
Chƣơng 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu
Chƣơng 2: Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn
nhằm bồi dƣ ng năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi Vật
lí
Chƣơng 3: Thực nghiệm sƣ phạm
3
CHƢƠNG 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Vấn đề bồi dƣỡng học sinh giỏi
1.1.1. Quan điểm về vai trò của người tài đối với sự nghiệp xây dựng và phát
triển đất nước
Về tiêu chí đối với ngƣời tài: Điều kiện tiên quyết đối với h là phải có
lòng yêu Tổ quốc, dân tộc, có tính sáng tạo, có đóng góp xứng đáng, có kết quả
cụ thể đƣợc cộng đồng công nhận và suy tôn. H có tài năng thực sự trong một
lĩnh vực nào đó có thể là khoa h c công nghệ, kinh tế, kinh doanh, quân sự,
chính trị, giáo dục, y h c, nghệ thuật, thể thao… H xuất hiện ở m i lứa tuổi,
m i tầng lớp trong xã hội, có bằng cấp hay không có bằng cấp, h xuất thân từ
nông thôn đến thành thị, từ miền n i đến hải đảo, từ Trung ƣơng đến địa phƣơng.
Trong số ngƣời tài có thể có những ngƣời có những cá tính đặc biệt, có những
khiếm khuyết trong quan hệ gia đình, bạn bè hoặc h không quan tâm đến thời
cuộc mà chỉ tập trung vào chuyên môn sáng tạo… Vì thế trong xã hội ta ngƣời
dân đề cập đến khái niệm “ngƣời tài thƣờng hay có tật”, không vì cái tật mà phủ
nhận cái tài. Do đó cộng đồng vẫn công nhận h là Ngƣời tài.
Ngƣời tài đòi hỏi chỉ số thông minh IQ (Intelligence Quotient), chỉ số cảm
x c EQ (Emotional Quotient) phải đạt cao hơn so với ngƣời bình thƣờng. Ngày
nay chỉ số thông minh IQ đã có hệ thống trắc nghiệm đo bằng con số cụ thể, còn
chỉ số cảm x c EQ chƣa có đƣợc một công thức tính toán riêng… EQ thể hiện
khả năng của một ngƣời hiểu rõ chính bản thân mình và thấu hiểu ngƣời khác,
luôn thích nghi, luôn tìm đƣợc sự hòa hợp trong tập thể của mình. Ở một số nƣớc
trong tuyển ch n cán bộ, ngƣời ta thƣờng nói “với IQ ngƣời ta tuyển lựa bạn
nhƣng với EQ ngƣời ta đề bạt bạn”.
4
Để tránh tụt hậu và bắt kịp xu thế phát triển của thời đại, nƣớc ta cần phải
tái cấu tr c lại nguồn nhân lực, đây là khâu yếu nhất hiện nay, vì vậy đòi hỏi
phải có nhiều ngƣời tài, hiền tài và lao động có chất lƣợng cao nhƣ Bác Hồ đã
dạy: “… tài to ta dùng vào việc to, tài nhỏ ta cắt làm việc nhỏ, ai có năng lực về
việc gì, ta đặt ngay vào việc ấy…”. Đây chính là chiếc chìa khóa vàng cho dân
tộc ta phát triển bền vững và giàu mạnh, hội nhập với nền kinh tế quốc tế, từng
bƣớc tiến vào nền kinh tế tri thức.
1.1.2. Bồi dưỡng học sinh giỏi phát triển thành người tài cho sự nghiệp xây
dựng và phát triển đất nước
Cần có chiến lƣợc phát hiện, tìm ra h c sinh giỏi bằng việc tổ chức thi
ch n l c h c sinh giỏi, quan sát hành vi hứng thứ, thử sức qua công việc hay trắc
nghiệm kiến thức…
Khi đã phát hiện, tìm đƣợc h c sinh giỏi thì việc bồi dƣ ng, vun đắp thành
ngƣời tài phục vụ cho sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nƣớc là nhiệm vụ cấp
thiết. Bản thân tôi luôn suy nghĩ: không phát hiện đƣợc ngƣời tài, hoặc phát hiện
ra ngƣời tài mà không bồi dƣ ng, không sử dụng thì đó là một sự lãng phí rất
lớn.
Cần bồi dƣ ng cho h c sinh giỏi có một hệ thống kiến thức cơ bản, vững
vàng và chuyên sâu. Cần phát triển khả năng tƣ duy, phán đoán khoa h c, khả
năng sáng tạo phát triển ý tƣởng. Xây dựng cho h c sinh giỏi khả năng tự h c,
làm việc độc lập, sự quyết đoán trong công việc, dám làm và dám bảo vệ kết quả
do mình nghiên cứu tìm ra.
1.1.3. Năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh giỏi
1.1.3.1. Định nghĩa
Năng lực vận dụng kiến thức (NLVDKT) vào thực tiễn là khả năng của cá
nhân có thể thực hiện thuần thục một hay một chuỗi hành động dựa trên kiến
5
thức, kinh nghiệm đã có của bản thân hoặc tìm tòi, khám phá kiến thức mới để
giải quyết đƣợc các vấn đề thực tiễn một cách có hiệu quả.
1.1.3.2. Vai trò của phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn
NLVDKT vào thực tiễn là một thành tố trong năng lực tìm hiểu tự nhiên -
là năng lực chuyên môn trong chƣơng trình giáo dục phổ thông môn Khoa h c tự
nhiên. Do đó, phát triển NLVDKT vào thực tiễn là mục tiêu cần đạt của dạy h c
ở trƣờng phổ thông, góp phần hình thành năng lực chung trong chuẩn đầu ra
chƣơng trình giáo dục phổ thông.
Phát triển NLVDKT vào thực tiễn không chỉ giải quyết các vấn đề thực
tiễn liên quan đến kiến thức trong nhà trƣờng mà còn hƣớng đến đào tạo cho
ngƣời h c tiếp cận với các vấn đề đa dạng phong phú của cuộc sống, tiếp cận với
quá trình sản xuất vật chất và quá trình nghiên cứu khoa h c.
Phát triển NLVDKT vào thực tiễn không chỉ gi p ngƣời h c tự mình
chiếm lĩnh, củng cố tri thức mà còn gi p ngƣời h c thích nghi linh hoạt trong các
điều kiện h c tập, điều kiện sống. Điều này làm cho tri thức ngƣời h c chiếm
lĩnh đƣợc trở nên có ý nghĩa đối với ngƣời h c, làm cho ngƣời h c yêu thích
môn h c hơn, bài h c sinh động hơn thông qua tổ chức giải quyết vấn đề thực
tiễn.
Phát triển NLVDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy h c sẽ làm thay đổi
nhận thức của giáo viên (GV). Để thực hiện đƣợc mục tiêu này, GV phải thiết kế
đƣợc các hoạt động phù hợp với sự phát triển tƣ duy, phù hợp với quy luật toán
h c và các mảng kiến thức.
1.1.3.3. Biểu hiện các tiêu chí của NLVDKT vào thực tiễn
Những tiêu chí Biểu hiện cụ thể của từng tiêu chí
Phát hiện đƣợc - HS nhận diện đƣợc vấn đề thực tiễn, nhận ra đƣợc những
6
vấn đề thực tiễn mâu thuẫn phát sinh từ vấn đề, có thể đặt đƣợc câu hỏi có vấn
đề.
Huy động đƣợc - Huy động đƣợc các kiến thức liên quan và thiết lập các mối
kiến thức liên quan hệ giữa kiến thức đã h c hoặc kiến thức cần tìm hiểu với
quan đến vấn đề vấn đề thực tiễn.
thực tiễn và đề
xuất đƣợc giả
thuyết
Tự khám phá - HS thu thập, lựa ch n và sắp xếp những nội dung kiến thức
kiến thức có liên quan đến vấn đề thực tiễn.
mối liên hệ với - HS điều tra, khảo sát thực địa, làm thí nghiệm, quan sát...
thực tiễn nhằm mục đích đào sâu vấn đề cần nghiên cứu.
Giải quyết các - HS giải quyết vấn đề thực tiễn dựa trên kiến thức đã h c/
vấn đề đã đặt ra, khám phá.
nêu ra các ý - Đề xuất các ý tƣởng mới về vấn đề đó hoặc các vấn đề thực
tƣởng mới tiễn liên quan.
1.1.3.4. Đánh giá NLVDKT vào thực tiễn
Đề đánh giá NLVDKT vào thực tiễn, em đƣa ra quy trình nhƣ sau:
Bƣớc 1: Trình bày định nghĩa năng lực và xác định cấu trúc NLVDKT vào
thực tiễn. Cần nói rõ khái niệm đó và nêu các đặc điểm của nó.
Bƣớc 2: Xác định và thiết lập bảng các tiêu chí đánh giá. Đƣa ra các tiêu
chí đánh giá các mức độ, cấp độ nhận biết của h c sinh.
Bƣớc 3: Đánh giá năng lực bằng cách thiết kế bảng công cụ, phân tích các
kết quả thu đƣợc. Đánh giá ở các thời điểm, thời gian khác nhau, có thể đánh giá
trong quá trình triển khai các nội dung h c tập hoặc cuối của quá trình đó.
7
1.1.4. Một số biện pháp bồi dưỡng học sinh giỏi nhằm phát triển năng lực vận
dụng kiến thức vào thực tiễn
Để phát triển NLVDKT vào thực tiễn cho h c sinh (HS) cấp THPT, GV
cần đặt HS vào các tình huống thực tiễn, thông qua giải quyết các tình huống
này, HS vừa chiếm lĩnh kiến thức, đồng thời phát triển NLVDKT vào thực tiễn.
GV cũng cần sử dụng đa dạng các phƣơng pháp dạy h c mà ở đó HS đƣợc đặt
vào tình huống thực tiễn. Cách xây dựng và tổ chức tình huống thực tiễn trong
các phƣơng pháp dạy h c khác nhau có những điểm khác biệt, do vậy tôi khái
quát thành 2 nhóm biện pháp phát triển NLVDKT vào thực tiễn nhƣ sau:
Dạy h c liên hệ lí thuyết với thực tiễn vấn đề.
Dạy h c gắn liền với trải nghiệm thực tiễn vấn đề.
* Dạy h c liên hệ lí thuyết với thực tiễn vấn đề
- Dạy h c liên hệ lí thuyết với thực tiễn có bản chất là GV sử dụng các tình
huống thực tiễn để liên hệ nội dung bài h c với thực tiễn thông qua tổ chức hoạt
động dạy h c. HS giải quyết các tình huống thực tiễn, qua đó vừa chiếm lĩnh
đƣợc kiến thức khoa h c, vừa có thể giải thích đƣợc các vấn đề thực tiễn địa
phƣơng liên quan hoặc đánh giá các vấn đề thực tiễn, đề xuất các biện pháp khả
thi để giải quyết vấn đề.
- Để đạt đƣợc mục đích trên, GV tổ chức các hoạt động h c tập trong lớp h c,
tại các phòng thực hành và sử dụng các biện pháp chủ yếu nhƣ: Tình huống có
vấn đề; bài tập thực tiễn; bài tập thực nghiệm; đóng vai. GV cũng có thể tổ chức
các buổi ngoại khóa về các vấn đề thực tiễn liên quan.
- Ƣu điểm của các biện pháp dạy h c này là trong giờ h c GV đã tạo đƣợc hứng
th cho ngƣời h c, kích thích sự ham muốn đƣợc khám phá cho ngƣời h c, GV
chủ động trong việc tổ chức dạy h c và không mất nhiều thời gian.
8
- Hạn chế của biện pháp dạy h c này là chƣa gây đƣợc xúc cảm cao cho ngƣời
h c và ngƣời h c cần phải có khả năng liên tƣởng, quan sát, tƣ duy trừu tƣợng và
khái quát hóa tốt; một số vấn đề thực tiễn tích hợp nhiều kiến thức liên quan nên
mất nhiều thời gian để giải thích, chứng minh.
* Dạy h c gắn liền với trải nghiệm thực tiễn vấn đề
- Dạy h c bằng trải nghiệm thực tiễn có bản chất là HS đƣợc trải nghiệm ngoài
thực tiễn thông qua thực hiện các dự án, nghiên cứu thực địa, điều tra khảo sát,
thực hiện đề tài khoa h c. Qua trải nghiệm thực tiễn, HS vừa chiếm lĩnh kiến
thức vừa phát triển đƣợc các kĩ năng khoa h c, kĩ năng giải thích các vấn đề
trong thực tiễn. Đồng thời, HS có thể qua tìm hiểu thực tiễn nhằm giải thích,
đánh giá các vấn đề thực tiễn và còn có thể đề xuất đƣợc một số giải pháp, mô
hình nhằm giải quyết vấn đề thực tiễn gắn với địa phƣơng.
- Để đạt đƣợc mục đích trên, GV có thể tổ chức các hoạt động dạy h c bằng các
biện pháp chủ yếu nhƣ: Dạy h c dự án; Tổ chức nghiên cứu đề tài khoa h c;
Giáo dục theo định hƣớng STEM.
- Ƣu điểm của cách tiếp cận này là: quá trình giáo dục có thể phát triển tối đa
m i tiềm năng trong mỗi con ngƣời, giúp h làm chủ đƣợc những tình huống,
đƣơng đầu với những thách thức sẽ gặp phải trong cuộc sống và hoạt động nghề
nghiệp, phát triển đƣợc tính tự chủ, khả năng sáng tạo trong việc giải quyết vấn
đề.
- Hạn chế của cách tiếp cận này là: HS cần phải có khả năng tƣ duy bậc cao, có
sự hợp tác, có năng lực nghiên cứu khoa h c; Tổ chức các hoạt động dạy h c
cần nhiều thời gian và kinh phí; Mức hoàn thành mục tiêu không cao.
1.2. Bồi dƣỡng học sinh giỏi Vật lí
1.2.1. Khái niệm về học sinh giỏi Vật lí
9
H c sinh giỏi Vật lí là h c sinh giỏi có năng lực quan sát tốt, khả năng
nắm vững và mong muốn khám phá bản chất của hiện tƣợng Vật lí, vận dụng tốt
các kiến thức Vật lí để giải quyết một hay nhiều vấn đề mới, bài tập mới có thể
chƣa đƣợc h c hoặc thấy bao giờ [13].
H c sinh giỏi Vật lí sẽ có biểu hiện tốt ở một số năng lực sau:
+ Có kiến thức chắc, sâu sắc, hệ thống. Tƣ duy nhanh về các hiện tƣợng
Vật lí trong thực tiễn cuộc sống. Biết đánh giá hiện tƣợng Vật lí từ nhiều khía
cạnh khác nhau. Có khả năng tổng hợp các hiện tƣợng nhỏ thành một quy luật,
định luật lớn.
+ Có sự say mê đặc biệt với môn Vật lí, các hiện tƣợng Vật lí. Luôn tìm
tòi, giải thích các hiện tƣợng Vật lí.
+ Có kiến thức rộng, qua đó có thể liên hệ để giải thích đƣợc các hiện
tƣợng từ cuộc sống liên quan đến nhiều lĩnh vực trong đó hiện tƣợng Vật lí là
chủ đạo…
1.2.2. Bồi dưỡng năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh giỏi
Vật lí thông qua dạy học giải bài tập Vật lí
1.2.2.1. Khái niệm về vai trò, mục đích sử dụng của bài tập Vật lí
a. Khái niệm bài tập Vật lí (BTVL)
BTVL đƣợc hiểu là một vấn đề đặt ra, yêu cầu phải giải quyết nhờ việc
phân tích các hiện tƣợng Vật lí, những thuật toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở
các định luật, các định lí Vật lí.
Hiểu rộng ra, BTVL là tất cả các vấn đề xuất hiện khi nghiên cứu tài liệu,
quan sát từ thực tế cuộc sống, sự tƣ duy của h c sinh liên quan đến các quy luật
vận động của sự vật, hiện tƣợng.
b. Vai trò, mục đích của việc sử dụng BTVL trong thực tế dạy h c
10
Trong dạy h c, BTVL đƣợc hiểu là một vấn đề đặt ra, yêu cầu phải giải
quyết nhờ những suy luận, phân tích, các công cụ toán h c và khả năng phân tích
các hiện tƣợng vật lí.
Bài tập Vật lí có những vai trò, mục đích khác nhau:
+ BTVL là phƣơng tiện để h c sinh phát hiện vấn đề mới cần nghiên cứu
một cách sâu sắc và hiệu quả. Ví dụ khi nghiên cứu thí nghiệm mới với 2 hòn bi,
trong bài định luật bảo toàn động lƣợng Vật lí lớp 10 từ kết quả của thí nghiệm
cho thấy “hai góc, lệch bằng nhau”, suy ra vận tốc của hòn bi bên trái ngay sau
lúc va chạm đ ng bằng vận tốc của hòn bi bên phải ngay trƣớc lúc va chạm đ ng
bằng động lƣợng của ch ng trƣớc lúc va chạm. Giáo viên có thể cho h c sinh
tham gia giải quyết vấn đề này một cách tích cực dƣới hình thức nêu ra cho h c
sinh một bài tập phát biểu nhƣ sau: từ kết quả của thí nghiệm cho thấy hai góc
lệch bằng nhau, hãy so sánh vận tốc của hòn bi bên trái ngay sau lúc va chạm với
vận tốc của hòn bi bên phải ngay trƣớc lúc va chạm, và từ đó so sánh tổng động
lƣợng của hai hòn bi trƣớc và sau va chạm.
+ BTVL là một phƣơng tiện giúp h c sinh rèn khả năng vận dụng kiến
thức với thực tế và đời sống. Ví dụ khi h c về định luật Ôm có thể ra cho h c
sinh bài tập: Giải thích tại sao vào giờ “cao điểm” khi nhiều ngƣời sử dụng điện
thì đèn điện tối hơn l c bình thƣờng? Sau khi đã h c về công và công suất của
dòng điện có thể ra cho h c sinh bài tập sau: ngƣời ta có thể dùng các bóng đèn
loại 110V để mắc vào mạng điện có hiệu điện thế 220V bằng cách mắc nối tiếp 2
bóng đèn 110V, nhƣng phải ch n 2 bóng đèn có cùng công suất định mức nhƣ
nhau. Hiện tƣợng trên đƣợc giải thích nhƣ thế nào? Cũng có thể phát biểu bài tập
này dƣới hình thức khác khó hơn nhƣ sau: mạng điện có hiệu điện thế 220V.
Làm thế nào để sử dụng các bóng đèn này trong việc thắp sáng? Đây là các bài
toán gắn chặt với cuộc sống hàng ngày, khi giải quyết chúng sẽ giúp HS khắc
11
sâu kiến thức và các em sẽ tích cực sử dụng các kiến thức Vật lí để giải quyết các
bài toán gặp phải trong thực tiễn cuộc sống.
+ BTVL rất quan tr ng trong việc rèn luyện tƣ duy, khả năng phân tích
hiện tƣợng sáng tạo, cung cấp phƣơng pháp nghiên cứu khoa h c cho HS.
+ BTVL giúp HS ôn tập, cũng cố kiến thức đã đƣợc h c. Vì khi giải các
BTVL các em sẽ phải nhớ lại kiến thức, các hiện tƣợng liên quan, cách tƣ duy
toán h c để giải quyết các bài tập đó.
+ Việc giải các BTVL giúp h c sinh rèn các đức tính tốt nhƣ khả năng tự
lập, sự kiên trì, cẩn thận… Nó còn gi p đánh giá ngƣời h c một cách chính xác
về các mặt mà ngƣời h c có thể đạt đƣợc.
1.2.2.2. Bài tập Vật lí giúp phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn
Bài tập Vật lí có nội dung thực tiễn đƣợc thể hiện dƣới rất nhiều hình thức.
Yêu cầu h c sinh phải vận dụng các kiến thức lý thuyết đã đƣợc h c để giải
thích, phân tích, dự đoán hiện tƣợng tiếp theo, cũng nhƣ tính toán chính xác kết
quả của các dự đoán đó.
1.2.3. Phương pháp giải các BTVL
1.2.3.1. Việc lựa chọn các bài tập vật lí
Giáo viên cần lựa ch n hệ thống bài tập thỏa mãn một số yêu cầu:
Sắp xếp các bài tập từ dễ đến khó, tăng dần khả năng tƣ duy của h c sinh.
Số lƣợng bài phải đủ để h c sinh có thể tích lũy đƣợc các năng lực cần thiết khi
giải hệ thống bài tập đó.
Các bài tập trong hệ thống phải có tác dụng bổ trợ cho nhau, bài sau sử
dụng kết quả của bài trƣớc làm nền và kết quả của nó tiếp tục làm căn cứ để giải
quyết cho các bài sau.
Cần đa dạng từ hình thức đến nội dung, các ý tƣởng phát triển của hệ
thống bài tập. Có các bài tập định tính, giải thích hiện tƣợng, có bài tập định
12
lƣợng yêu cầu tính toán ra đáp án cụ thể, bài tập biện luận thiếu, thừa dữ kiện,
bài tập nặng về hiện tƣợng Vật lí, bài tập cần thuật toán sâu sắc.
Trong các loại bài tập, chú ý tới bài tập sáng tạo là loại bài tập mà các dữ
kiện cho trong đề bài không chỉ dẫn trực tiếp hay gián tiếp cách giải. Những bài
tập này giúp h c sinh phát triển khả năng tƣ duy, phán đoán rất sâu sắc và cũng
cố vứng chắc kiến thức cho HS. Bài tập sáng tạo có thể là bài tập giải thích một
hiện tƣợng chƣa biết trên cơ sở các kiến thức đã biết (trả lời câu hỏi “tại sao?”)
hoặc bài tập thiết kế đòi hỏi thực hiện một thiện tƣợng thực, đáp ứng những yêu
cầu đã cho (trả lời câu hỏi “làm nhƣ thế nào?”).
1.2.3.2. Phương pháp giải BTVL
H c sinh thƣờng giải các BTVL một cách nhanh chóng tìm ra đáp án. H c
sinh thƣờng bỏ qua các bƣớc phân tích hiện tƣợng, hiểu đề bài. Đặc biệt việc
năng về toán h c khiến h c sinh cứng nhắc trong tƣ duy và phụ thuộc nhiều vào
máy tính. Các kết quả tìm ra với h c sinh thƣờng không có ý nghĩa về mặt thực
tiễn. Rất nhiều nguyên nhân có thể kể đến để giải thích hiện tƣợng trên nhƣ:
+ HS không nắm đƣợc các bƣớc cụ thể để giải quyết một BTVL.
+ Không quan tâm đến mục đích cuối cùng của việc giải các BTVL, làm
các bài tập này một cách thụ động.
Việc giải các BTVL có thể trải qua một số bƣớc cụ thể nhƣ sau:
* Bƣớc 1: Đ c và tìm hiểu đề bài. Trong bƣớc này cần nắm rõ các thông
tin sau:
+ Tóm tắt đ ng các đại lƣợng mà đầu bài cho thành các đại lƣợng, kí hiệu
của ch ng thao qui ƣớc Vật lí.
+ Phân tích đƣợc hiện tƣợng Vật lí xảy ra trong bài, dự đoán hiện tƣợng
xảy ra tiếp theo, nếu cần có thể vẽ hình mô phỏng hiện tƣợng.
* Bƣớc 2: Lập luận, xác định phƣơng pháp, thuật toán áp dụng
13
Xây dựng lập luận đƣợc coi là bƣớc quan tr ng nhất của quá trình giải bài
tập, ở bƣớc này ta phải vận dụng những định luật, quy tắc để thiết lập mối liên hệ
giữa những đại lƣợng cần tìm và đại lƣợng đã cho, ta xét kỹ với 2 loại bài tập:
Bài tập định tính và bài tập định lƣợng.
- Lập luận, xác định phƣơng pháp giải bài tập định tính. Bài tập định tính
chỉ cần đƣa ra nhận xét về chiều hƣớng biến đổi mà không cần có con số cụ thể,
nó bao gồm: sử dụng kiến thức để giải thích hiện tƣợng và dự đoán hiện tƣợng
+ Giải thích hiện tƣợng Vật lí là loại bài tập đƣa ra hiện tƣợng xảy ra trong
thực tế, yêu cầu ngƣời h c giải thích tại sao lại có các hiện tƣợng đó. Loại bài tập
này yêu cầu ngƣời h c cần có sự tƣ duy để liên kết các hiện tƣợng xảy ra với các
quy luật, định luật Vật lí để giải thích. Loại bài tập này gi p ngƣời h c nâng cao
khả năng phân tích, tƣ duy logic và hiểu sâu sắc về kiến thức thực tiễn.
+ Dự đoán hiện tƣợng là việc căn cứ vào các hiện tƣợng đã diễn ra, đã
đƣợc giải thích để đƣa ra giả thiết về kết quả tiếp theo của hiện tƣợng. Việc dự
đoán hiện tƣợng để chính xác cần trải qua các bƣớc giả thiết, kiểm nghiệm giả
thiết và kết luận cuối cùng.
- Lập luận, xác định phƣơng pháp trong giải bài tập định lƣợng: tùy theo
phƣơng pháp toán h c đƣợc vận dụng, bài tập đƣợc quy về các bài tập số h c,
đại số và hình h c
+ Phƣơng pháp số h c: là phƣơng pháp xử lí các con số để tìm ra ẩn số mà
không cần lập phƣơng trình. Nhiều khi việc xử lí có thể áp dụng cho cả các biểu
diễn chữ (các bài toán tổng quát).
+ Phƣơng pháp đại số: từ hiện tƣợng vật lí, kết hợp với các định luật, định
lí vật lí để thiết lập lên các phƣơng trình toán h c, giải phƣơng trình để tìm ra
đáp án.
14
+ Phƣơng pháp hình h c: dựa vào các dạng hình h c để xử lí tìm ra đáp
án. Có thể là hình của đối tƣợng, hình của đồ thị, hình của lƣợng giác.
Trong các phƣơng pháp trên, phƣơng pháp đại số đƣợc dùng phổ biến nhất
và đem lại kết quả nhanh, chính xác nhất nên cần để ý cho h c sinh luyện nhiều
phƣơng pháp này.
Ngoài ra, chúng ta còn có thể sử dụng các thủ thuật khác nhƣ: tƣ duy
logic, phân tích số liệu, hiện tƣợng, tổng hợp các kết quả…
1.2.4. Các hình thức hướng dẫn học sinh giải BTVL
1.2.4.1. Hướng dẫn theo mẫu (hướng dẫn Angorit)
Là kiểu hƣớng dẫn h c sinh theo mẫu có sẵn, trong đó đã có sẵn các yêu
cầu để h c sinh làm theo, tự tìm ra kết quả theo định hƣớng của giáo viên. Kiểu
hƣớng dẫn này không yêu cầu h c sinh phải tìm tòi, sáng tạo hay tƣ duy mà chỉ
cần làm theo yêu cầu đã đƣợc định sẵn.
Để kiểu hƣớng dẫn này đạt đƣợc kết quả cao, giáo viên cần tìm hiểu kỹ
các bƣớc cần thực hiện với giải một BTVL để đảm bảo h c sinh đƣợc tiếp cận
với một quy trình giải bài tập khoa h c, để phát triển đƣợc các năng lực một cách
bài bản.
Ƣu điểm: HS biết và giải đƣợc bài tập cơ bản, điển hình. Có phƣơng pháp
để làm dạng bài tập theo các bƣớc rõ ràng.
Nhƣợc điểm: h c sinh sẽ thực hiện việc giải bài tập một cách thụ động,
không có tƣ duy sáng tạo vì đều làm việc theo một kiểu lập trình sẵn. Nhiều khi
h c sinh không hiểu tại sao lại làm theo các bƣớc nhƣ vậy.
1.2.4.2. Hướng dẫn tìm tòi (hướng dẫn Ơrixtic)
Là kiểu hƣớng dẫn mà giáo viên đƣa ra các gợi ý nhất định để h c sinh
đƣợc bày tỏ quan điểm, suy nghĩ của mình về việc giải quyết vấn đề cần nghiên
cứu. Giáo viên sẽ tổng hợp, gợi mở để định hƣớng h c sinh có tƣ duy phù hợp
15
với cách giải cho bài toán. H c sinh không bị bắt buộc làm theo các bƣớc đã có
sẵn mà đƣợc xử lí bài toán theo cách riêng của mình dƣới sự định hƣớng của
giáo viên.
Ƣu điểm: tránh đƣợc tình trạng làm bài tập một cách thụ động của h c
sinh. H c sinh sẽ phát triển đƣợc các năng lực cần có thông qua một hệ thống tƣ
duy của bản thân. Giáo viên cũng có thêm cơ sở để đánh giá quá trình hoạt động
của ngƣời h c, và đôi khi phát hiện thêm nhiều cách giải quyết mới mà bản thân
giáo viên cũng không nghĩ tới.
Nhƣợc điểm: cách hƣớng dẫn này không chắc chắn 100% sẽ có kết quả
nhƣ mong muốn do nhiều nguyên nhân mà chủ yếu là yếu tố chủ quan của ngƣời
h c. Có thể do tƣ duy của ngƣời h c không đáp ứng đƣợc yêu cầu, do khả năng
phân tích kém, thuật toán không sâu sắc. Cách hƣớng dẫn này đôi khi còn đòi hỏi
thời gian nhiều vì tốc độ xử lí thông tin của h c sinh không nhanh và có thể có
nhiều sai sót mà giáo viên cần chỉnh sửa.
1.2.4.3. Định hướng khái quát hóa chương trình
Không thông báo cho h c sinh cái có sẵn mà yêu cầu h c sinh tìm tòi để
giải quyết vấn đề phát sinh. Giáo viên bằng cách nào đó làm xuất hiện tình
huống có vấn đề mà bằng các kiến thức đã h c không giải quyết đƣợc để kích
thích h c sinh tự mình tìm tòi, giải thích. Giáo viên có thể hƣớng dẫn, gợi ý nếu
h c sinh không khai thác đƣợc bằng cách cung cấp thông tin, thu hẹp phạm vi
tìm hiểu. Có thể hƣớng dẫn sâu hơn bằng mẫu hỏi để định hƣớng tƣ duy của h c
sinh và yêu cầu h c sinh giải quyết theo mẫu. Với mỗi định hƣớng, giáo viên yêu
cầu h c sinh rút ra các kết luận nhỏ để sau sẽ tổng hợp thành kết luận về mangr
kiến thức, vấn đề cần giải quyết.
Ƣu điểm: kết hợp đƣợc sự tƣ duy của h c sinh với định hƣớng của giáo
viên. Không làm mất nhiều thời gian xử lí các thông tin. Giáo viên bám sát đƣợc
16
với các hoạt động của h c sinh nên dễ dàng đánh giá đƣợc h c lực của h c sinh.
H c sinh đƣợc tƣ duy, đƣa ra cách giải quyết vấn đề của các nhân và đối chiếu
với định hƣớng của giáo viên, từ đó tự nhận xét đƣợc tính đ ng đắn của cách giả
quyết của bản thân. Tiếp cận với phƣơng pháp, quy trình gi p phát triển năng lực
của h c sinh. Để đƣợc nhƣ vậy yêu cầu GV phải có kiến thức sâu về vấn đề
nghiên cứu, xây dựng các bƣớc định hƣớng cho h c sinh một cách khoa h c, làm
bảng hỏi chi tiết theo các bƣớc đã đƣợc định sẵn.
Nhƣợc điểm: yêu cầu h c sinh phải có trình độ chuyên môn cao, hiểu biết
sâu sắc về cơ sở lý luận cũng nhƣ thực tiễn của sự phát triển các năng lực của
h c sinh. Giáo viên phải biết cách xây dựng chi tiết các mẫu, các bƣớc hỏi để
định hƣớng tốt cho h c sinh, phải đánh giá chính xác đƣợc lực h c của h c sinh.
Kết luận chung: giáo viên không nên cứng nhắc trong việc áp dụng kiểu
hƣớng dẫn nào. Cần tìm hiểu rõ đối tƣợng h c sinh để có cách hƣớng dẫn phù
hợp nhất. Nên kết hợp một cách hài hòa giữa các cách hƣớng dẫn để có kết quả
cao nhất.
1.3. Tìm hiểu đối tƣợng học sinh lớp 10 trƣờng THPT Quế Võ số 3 để bồi
dƣỡng thành học sinh giỏi vật lí
1.3.1. Phương pháp và đối tượng điều tra
Phƣơng pháp điều tra: bằng phiếu hỏi và làm bài kiểm tra đánh giá năng
lực tại lớp.
Đối tƣợng điều tra: giáo viên các môn khoa h c tự nhiên, đặc biệt là giáo
viên dạy môn Vật lí và nhóm h c sinh giỏi môn Vật lí của trƣờng THPT Quế Võ
số 3 - Bắc Ninh.
1.3.2. Đặc điểm trường THPT Quế Võ số 3 - Bắc Ninh
Trƣờng THPT Quế Võ số 3 đƣợc thành lập năm 1999, là một trong những
trƣờng trẻ nhất của tỉnh Bắc Ninh. Hàng năm, việc tuyển sinh của trƣờng gặp
17
nhiều khó khăn do số h c sinh trong địa bàn tuyển sinh ít. Điểm tuyển sinh vào
lớp 10 luôn thuộc nhóm các trƣờng thấp nhất cả tỉnh. Năm h c 2019-2020, toàn
trƣờng có 21 lớp, mỗi khối có 7 lớp với gần 800 h c sinh.
Hệ thống cơ sở vật chất trong những năm trở lại đây đƣợc đầu tƣ của tỉnh
nên đáp ứng đủ số phòng h c, các phƣơng tiện dạy h c, các phòng chức năng,
các khu vực phục vụ nhu cầu h c tập, giải trí của h c sinh.
Đội ngũ giáo viên: thời gian đầu trƣờng mới thành lập số giáo viên rất ít,
đƣợc thuyên chuyển từ các trƣờng trong huyện về. Do vị trí địa lí của trƣờng
không thuận lợi nên nhiều giáo viên chỉ công tác đƣợc vài năm lại chuyển
trƣờng, vì vậy việc xây dựng các kế hoạch hoạt động luôn bị động và xảy ra tình
trạng chảy máu chất xám trong đội ngũ. Hiện tại tổng số bao gồm cả quản lí,
giáo viên, nhân viên văn phòng của nhà trƣờng có 61 ngƣời, trong đó có 53 giáo
viên trực tiếp giảng dạy. Do trƣờng mới thành lập nên đội ngũ giáo viên phần
đông là trẻ, đang trong độ tuổi nhiệt huyết với nghề, luôn tìm tòi, áp dụng các
phƣơng pháp giáo dục hiện đại đáp ứng với nhu cầu và tình hình mới. Các đề án
thay đổi của các cấp luôn đƣợc nhà trƣờng triển khai sớm, kịp thời, giáo viên
tiếp cận và thích nghi nhanh với sự thay đổi.
Tình hình h c sinh: trƣờng nằm xa trung tâm huyện, khu vực tuyển sinh
của trƣờng là nông thôn, trình độ dân trí thấp nên ảnh hƣởng nhiều đến chất
lƣợng h c tập của h c sinh. Điều kiện kinh tế và văn hóa là hai yếu tố ảnh hƣởng
nhiều nhất đến sự phát triển của h c sinh. Từ đầu những năm 2000, kinh tế địa
phƣơng có sự chuyển biến mạnh do khu công nghiệp chuyển về địa bàn huyện,
hiện nay đang trong giai đoạn giao thời về kinh tế nên các gia đình tập trung chủ
yếu vào xây dựng kinh tế, ít quan tâm đến con em mình dẫn đến h c sinh mải
chơi, không để ý đến h c tập.
1.3.3. Nội dung phiếu hỏi và đề kiểm tra năng lực học sinh tại lớp
18
1.3.3.1. Phiếu hỏi học sinh
Họ và tên: ………………………………………………..
Trƣờng:…………………………………………………..
Lớp:………………………………………………………
Câu 1. Em hãy đánh giá mức độ hứng th với môn h c Vật lí của mình tại
trƣờng hiện nay nhƣ thế nào?
A. Rất hứng th
B. Hứng th
C. Không hứng th
D. Rất không muốn h c
Câu 2. Theo em, môn Vật lí có cần thiết phải h c trong chƣơng trình hay
không?
A. Rất cần thiết.
B. Cần thiết.
C. Không cần thiết.
Câu 3: Theo em, việc phân tích hiện tƣợng có cần thiết khi giải Bài tập Vật lí
hay không?
A. Rất cần thiết.
B. Có thể làm hoặc không làm tùy vào điều kiện cụ thể.
C. Không cần thiết.
Câu 4: Khi giải các bài tập Vật lí, bản thân em có gặp khó khăn trong việc sử
dụng các công cụ toán h c hay không?
A. Rất khó khăn.
B. Bình thƣờng.
C. Dễ.
19
Câu 5: Khi kết th c mỗi bài giải, em có phân tích kết quả từ đó đề ra giả thiết
mới cho bài toán hay không?
A. Thƣờng xuyên.
B. Thỉnh thoảng.
C. Không bao giờ.
Câu 6. Em thƣờng làm bài tập Vật lí theo các bƣớc nào sau đây?
A. Áp dụng công thức để làm ra kết quả đề bài yêu cầu.
B. Tóm tắt đề bài, áp dụng công thức để làm ra kết quả đề bài yêu cầu.
C. Tóm tắt đề bài, phân tích hiện tƣợng Vật lí xảy ra, áp dụng công thức để làm
ra kết quả đề bài yêu cầu.
D. Tóm tắt đề bài, phân tích hiện tƣợng Vật lí xảy ra, áp dụng công thức để làm
ra kết quả đề bài yêu cầu, phân tích kết quả và đề xuất các hƣớng triển khai tiếp
theo từ bài giải đã hoàn thiện.
Cảm ơn em, chúc em luôn vui vẻ và học tập hiệu quả!
1.3.3.2. Đề kiểm tra 45 phút
Đề bài:
Bài 1: Em hãy giải thích hiện tƣợng chuyển động bằng phản lực của tên lửa. Hãy
kể tên hai loại chuyển động khác có cùng nguyên lý với chuyển động của tên lửa
mà em biết.
Bài 2: Một hòn bi A đƣợc treo vào sợi dây dài l = 1,6 m, đầu trên của sợi dây
gắn cố định, hòn bi có khối lƣợng m. Kéo hòn bi A của con lắc lệch khỏi phƣơng thẳng đứng một góc = 600, sau đó thả nhẹ nhàng. Bỏ qua m i lực cản. Cho g =
10m/s2. Khi đi qua vị trí thấp nhất, viên bi A va chạm với viên bi B đang đứng
20
yên. Biết khối lƣợng viên bi B là M = 3m, va chạm là hoàn toàn đàn hồi và
xuyên tâm.
a. Hãy nêu hiện tƣợng Vật lí xảy ra trong bài.
b. Hãy xác định vận tốc của hai viên bi ngay sau khi viên bi A đập vào viên bi B.
Tìm biên độ góc của viên bi A sau đó.
c. Đánh giá kết quả tìm đƣợc và đề xuất phƣơng án thay đổi dữ kiện của đề bài
để thành một dạng bài tập tƣơng tự nhƣng với hiện tƣợng có thể khác.
Hƣớng dẫn giải:
Bài 1:
Tên lửa đƣợc chế tạo gồm phần thân và phần chứa thuốc phóng. Phần
chứa thuốc phóng đƣợc thiết kế thành nhiều tầng. Khi thuốc phóng đƣợc đốt
cháy và phóng ra phía sau tên lửa thì phần còn lại của tên lửa sẽ chuyển động về
phía trƣớc (ngƣợc lại chiều chuyển động của thuốc phóng) theo Định luật bảo
toàn động lƣợng. Mỗi tầng chứa thuốc phóng sẽ đƣợc tách ra và rơi xuống khi đã
hết lƣợng thuốc phóng trong nó.
Có nhiều loại chuyển động cùng với nguyên lý chuyển động của tên lửa.
Các loài mực, sứa bơi đƣợc trong nƣớc là do ch ng đẩy nƣớc trong cơ thể ra phía
sau, phần thân sẽ chuyển động về phía trƣớc. Tàu thủy chuyển động trên sông,
biển là do động cơ đẩy nƣớc về phía sau, thân tàu chuyển động về phía trƣớc ...
Câu 2:
a. Hiện tƣợng vật lí xảy ra nhƣ sau:
+ Giai đoạn 1: viên bi A khi đƣợc thả ra sẽ đi xuống dƣới (theo tính chất
dao động của con lắc toán h c).
+ Giai đoạn 2: bi A gặp bi B sẽ xảy ra va chạm (theo đề bài là va chạm
hoàn toàn đàn hồi, xuyên tâm).
21
+ Giai đoạn 3: sau va chạm, bi B sẽ chuyển động thẳng đều theo hƣớng
ban đầu của bi A (ngay trƣớc l c va chạm với bi B); bi A sẽ tiếp tục dao động
với vận tốc ngay sau va chạm.
b. Tìm các đại lƣợng
+ Ch n gốc thế năng tại mặt bàn.
+ Vận tốc của viên bi A ngay trƣớc va chạm với viên bi B, áp dụng công
thức của Định luật bảo toàn cơ năng ta có: W0 = Wcb
Thay số tính đƣợc: vA = 4 m/s.
+ Vì va chạm giữa A và B là hoàn toàn đàn hồi và xuyên tâm nên ta có:
;
Vậy ta đƣợc: = -2 m/s; = 2 m/s
Dấu “-” chứng tỏ ngay sau va chạm viên bi A bật ngƣợc trở lại so
với chiều chuyển động ban đầu.
+ Biên độ góc của con lắc A sau va chạm, áp dụng công thức của Định
) luật bảo toàn cơ năng ta có: WA‟ = mAgl(1 - cos
Với WA‟ là cơ năng của viên bi A ngay sau va chạm chính bằng
động năng của nó.
Từ đó ta có: 28,950.
c. Đánh giá: do viên bi A có khối lƣợng nhỏ hơn nhiều so với viên bi B, va
chạm là hoàn toàn đàn hồi, xuyên tâm nên sau va chạm viên bi A bị bật ngƣợc
trở lại là phù hợp với thực tế. Vì một phần cơ năng của viên bi A đã truyền cho
22
bi B (động năng của bi B) nên sau đó biên độ góc của bi A lên tới độ cao cực đại
thấp hơn ban đầu nên biên độ góc nhỏ hơn ban đầu là hoàn toàn hợp lí.
* Đề xuất phƣơng án: Bài toán này còn có thể phát triển thêm bằng cách
thay đổi khối lƣợng của hai viên bi A và B hoặc va chạm là hoàn toàn không đàn
hồi (va chạm mềm). Khi các dữ kiện thay đổi thì hiện tƣợng vật lí cũng thay đổi
theo và kết quả nhận đƣợc cũng sẽ khác với kết quả trên.
1.3.4. Kết quả điều tra
- Thông qua phiếu điều tra phản hồi của h c sinh, tôi thấy vấn đề nhƣ sau: không
thấy hứng th lắm với môn h c vì khá xa rời thực tế, thƣờng xuyên cảm thấy áp
lực trong việc phải hoàn thành nhiệm vụ về nhà của giáo viên, việc giải bài tập
thông thƣờng chỉ là áp dụng các công thức để tìm ra đáp án mà không có phân
tích hiện tƣợng để hiểu đề bài, việc sử dụng các công cụ toán h c trong bài giải
của h c sinh còn nhiều khó khăn, kết th c mỗi bài giải h c sinh thƣờng không có
bƣớc biện luận, phân tích để mở rộng, phát triển bài toán theo các hƣớng mới
khác nhau.
- Qua khảo sát bằng cho h c sinh làm bài kiểm tra tại lớp:
Tiến hành cho h c sinh làm bài kiểm tra trong đó có các yêu cầu h c sinh
phân tích hiện tƣợng, sử dụng các công cụ toán h c để giải và phát triển ý tƣởng
bài toán. Từ đó đánh giá đƣợc chính xác việc vận dụng các kĩ năng vào giải toán
của h c sinh.
Việc kiểm tra đƣợc áp dụng trên đối tƣợng là nhóm HSG Vật lí gồm 32
h c sinh của trƣờng THPT Quế Võ số 3. Trong đó 32 h c sinh đƣợc chia làm 2
nhóm đối tƣợng g i là nhóm thực nghiệm (TN) và nhóm đối chứng (ĐC), mỗi
nhóm gồm 16 h c sinh sao cho kiến thức và năng lực vận dụng kiến thức vào
thực tiễn là tƣơng đƣơng nhau.
23
Để đánh giá chính xác năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn của h c
sinh, tôi đã xây dựng ra bảng tiêu chí đánh giá nhƣ sau:
Bảng 1.1. Bảng tiêu chí đánh giá năng lực vận dụng kiến thức vào thực
tiễn của học sinh
Tiêu chí 1 Tiêu chí 2 Tiêu chí 3 Tiêu chí 4
Vận dụng kiến Phân tích, tổng Đánh giá: Vận Sáng tạo: Vận
thức bài h c để hợp: Vận dụng dụng kiến thức dụng kiến thức
giải thích một vấn kiến thức phức tổng hợp để đánh tổng hợp để đề
đề thực tiễn hợp để phân tích giá ảnh hƣởng của xuất một số
một vấn đề thực một vấn đề thực phƣơng pháp, biện
tiễn tiễn pháp mới, thiết kế
mô hình, kế
hoạch,..
Sau khi chấm bài kiểm tra, thu đƣợc kết quả cụ thể đƣợc thể hiện nhƣ
bảng dƣới đây.
Bảng 1.2. Bảng thống kê số lượng học sinh đạt theo các tiêu chí đánh giá
Tiêu chí 1 Tiêu chí 2 Tiêu chí 3 Tiêu chí 4 Nhóm SL % SL % SL % SL %
TN 8 50,00 5 31,25 1 6,25 0 0
ĐC 7 43,75 4 25,00 2 12,5 0 0
Bảng 1.3. Bảng thống kê điểm số
Điểm số
Nhóm Số 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 HS
24
Thực nghiệm 16 0 0 0 1 2 3 4 5 1 0 0
Đối chứng 16 0 0 0 2 3 4 4 3 0 0 0
Từ kết quả nhận đƣợc có thể thấy h c sinh chủ yếu giải bài tập Vật lí theo
phƣơng pháp hàn lâm, áp dụng công thức và tìm ra kết quả còn không hình dung
đƣợc hiện tƣợng Vật lí xảy ra trong bài toán. Việc sử dụng công cụ toán h c
cũng rất hạn chế, khả năng biện luận đánh giá kết quả, sự sáng tạo và phát triển ý
tƣởng mới cho bài toán thì h c sinh hoàn toàn không làm.
Kết quả bài kiểm tra cũng thể hiện đƣợc lực h c cũng nhƣ năng lực của
hai nhóm là tƣơng đƣơng nhau,
Kết luận chƣơng 1
Chƣơng 1 đã trình bày cơ sở lí luận của vấn đề bồi dƣ ng năng lực vận
dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi Vật lí. Trong đó đã đƣa ra đƣợc
định nghĩa, xác định đƣợc cấu trúc NLVDKT vào thực tiễn, xây dựng đƣợc bảng
tiêu chí đánh giá năng lực đó, thiết kế và sử dụng đƣợc bộ công cụ đánh giá
NLVDKT vào thực tiễn.
Trong nội dung chƣơng có phân tích về bài tập Vật lí, việc phân loại bài
tập, vai trò, các bƣớc giải bài tập Vật lí. Nêu lên các hình thức hƣớng dẫn h c
sinh giải một bài tập và sử dụng bài tập Vật lí để đạt đƣợc mục đích trên.
Ngoài ra, chƣơng 1 còn trình bày đƣợc việc khảo sát chi tiết để đánh giá
thực trạng h c sinh tại trƣờng THPT Quế Võ số 3 trong việc tiếp cận các kĩ năng
cơ bản của môn h c Vật lí. Từ đó, để giúp cho việc xây dựng hệ thống bài tập
phù hợp với đối tƣợng h c sinh nhằm đạt đƣợc mục tiêu nhƣ giả thuyết của đề
tài.
25
CHƢƠNG 2
XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP
2.1. Nội dung kiến thức phần các định luật bảo toàn
2.1.1. Cấu trúc nội dung phần các định luật bảo toàn
Nội dung chính của chƣơng “Các định luật bảo toàn” trong chƣơng trình
Vật lí lớp 10 dạy ở trƣờng THPT có thể chia thành bốn phần chính nhƣ sau:
Động lƣợng, định luật bảo toàn động lƣợng; Công và công suất; Động năng, thế
năng, cơ năng; Ba định luật Kê-Ple.
Trong phần Động lƣợng, định luật bảo toàn động lƣợng trình bày các khái
niệm hệ kín, các định luật bảo toàn từ đó nghiên cứu định luật bảo toàn động
lƣợng. Để xây dựng lên định luật bảo toàn động lƣợng ta nghiên cứu tƣơng tác
của hai vật trong một hệ kín, đƣa ra khái niệm động lƣợng để khái quát lên thành
định luật bảo toàn động lƣợng. Trình bày thí nghiệm thực tế kiểm nghiệm định
luật. Vận dụng của ĐLBT động lƣợng: chuyển động bằng phản lực và một số bài
toán về định luật.
Trong phần Công và công suất nghiên cứu khái niệm Công trên các mặt:
định nghĩa, công phát động và công cản, đơn vị công, mở rộng nghiên cứu công
trong trƣờng hợp lực biến đổi. Nghiên cứu khái niệm Công suất về: định nghĩa,
đơn vị, biểu thức khái quát của công suất trong đó nêu ứng dụng quan tr ng của
công suất trong hộp số các động cơ, hiệu suất, bài tập thực tế vận dụng.
Phần kiến thức về Động năng, thế năng, cơ năng trình bày các nội dung về
định nghĩa, định lí, định luật liên quan đến khái niệm, các hiện tƣợng thực tế liên
quan và các bài tập ví dụ cụ thể. Để tổng quát hóa định luật bảo toàn động lƣợng
và các khái niệm động năng, thế năng, cơ năng nghiên cứu hai loại va chạm: đạn
hồi và không đàn hồi.
26
Các định luật Kê-Ple là kết quả của các quan sát tự nhiên từ rất lâu đời và
các số liệu quan sát về vị trí của các hành tinh trong nhiều năm của nhà thiên văn
h c Kê-Ple. Ba định luật Kê-Ple nêu lên các đặc điểm chuyển động của các hành
tinh trong hệ Mặt Trời, có hƣớng dẫn cách chứng minh lên ba định luật và bài
tập vận dụng.
Sơ đồ cấu trúc của chƣơng có thể biểu diễn nhƣ hình sau:
Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn”
27
2.1.2. Phân tích nội dung chương “Các định luật bảo toàn”
2.1.2.1. Định luật bảo toàn động lượng
a. Khái niệm hệ kín
Theo định nghĩa của SGK, hệ kín là hệ không chịu tác dụng của ngoại lực
hoặc nếu có ngoại lực tác dụng thì các ngoại lực đó phải cân bằng nhau (để triệt
tiêu nhau).
Trên thực tế, gần nhƣ không có hệ kín tuyệt đối. Tuy nhiên, trong một số
ta có thể coi hệ là hệ kín. Ví dụ về hệ đƣợc coi nhƣ hệ kín:
+ Hệ có ngoại lực tác dụng nhƣng ngoại lực có độ lớn rất nhỏ so với các
nội lực.
+ Hệ có ngoại lực tác dụng nhƣng các ngoại lực cân bằng nhau (nên triệt
tiêu nhau).
+ Hệ có ngoại lực tác dụng nhƣng ngoại lực tác dụng trong thời gian rất
ngắn (ví dụ nhƣ trong các vụ nổ, va chạm).
b. Khái niệm động lƣợng và định luật bảo toàn động lƣợng
* Khái niệm động lƣợng
Nhà bác h c Niu-ton là ngƣời đầu tiên nêu về khái niệm này. Ông cùng
nhà bác h c Đê-các đều đƣa ra định nghĩa rằng: động lƣợng là số đo của vận
động, tỉ lệ với khối lƣợng và vận tốc nhƣng không hình dung đƣợc vận tốc là đại
lƣợng có hƣớng.
Đề-các vận dụng khái niệm động lƣợng vào hiện tƣợng va chạm với sai
lầm đó nên đã dùng động lƣợng để đo chuyển động và đồng nhất động lƣợng với
chuyển động.
Nhà bác h c Niu-ton bằng những tính toán, khái quát của mình đã cho
rằng động lƣợng là đại lƣợng đặc cho chuyển động về phƣơng diện động lực và
đo bằng tích m .
28
Ngày nay ch ng ta đã biết rất rõ về động lƣợng:
+ Kí hiệu của động lƣợng là , biểu thức tính: = .
+ Động lƣợng là một đại lƣợng véc tơ, luôn cùng hƣớng với vận tốc, đơn
vị của động lƣợng: kg.m/s.
* Khái niệm xung lƣợng của lực
Khi một lực tác dụng vào vật m thì ta sẽ viết đƣợc phƣơng trình động
lực h c cho chuyển động của vật là: .
Ngoài ra, ta có: => (1).
Xung lƣợng của lực có đơn vị: N.s.
c. Định lý biến thiên động lƣợng
Nội dung: Độ biến thiên động lƣợng của một vật trong một khoảng thời
gian nào đó bằng xung lƣợng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời
gian đó [3].
Ta có: (2)
Theo Niu-tơn thì khối lƣợng của vật là hằng số nên:
Hay: (3)
Biểu thức này chính là biểu thức của định luật II Niu-ton.
d. Định luật bảo toàn động lƣợng
Nếu thì hay . Để ta xét hệ là hệ kín.
Vậy: động lượng luôn là hằng số (được bảo toàn).
29
(4)
Trong đó:
là tổng động lƣợng của hệ trƣớc
một sự kiện nào đó.
là tổng động lƣợng của hệ sau
một sự kiện nào đó.
Ngoài các trƣờng hợp nêu trên thì ĐLBT động
Hình 2.2: Thí nghiệm kiểm chứng ĐLBT động lượng
lƣợng còn đƣợc áp dụng theo trục. Nghĩa là nếu hình
chiếu của các hợp lực trên một trục nào đó luôn bằng không thì Động lƣợng của
hệ vẫn đƣợc bảo toàn trên trục đó.
Trong những hệ quy chiếu khác nhau thì động lƣợng có thể có các giá trị
khác nhau nên ta nói động lƣợng cũng có tính chất tƣơng đối (giống nhƣ tính
tƣơng đối của vận tốc).
Các định luật Niu-ton đƣợc nghiệm đ ng trong cơ h c cổ điển, ở đó các
vật chuyển động với vận tốc rất nhỏ so với vận tốc ánh sáng, khối lƣợng các vật
đƣợc coi là không đổi khi vật chuyển động. Khi vận tốc của vật tƣơng đối lớn
(c vận tốc ánh sáng trong chân không) thì định luật II Niu-ton không còn đ ng
nữa. Khi đó khối lƣợng của vật tăng lên theo thuyết tƣơng đối của Anhxtanh.
Định lý biến thiên và ĐLBT động lƣợng vẫn luôn luôn đ ng đối với hệ kín.
(5)
30
Nếu thì = const.
Định luật bảo toàn động lƣợng đƣợc xây dựng từ một trong hai cách nhƣ
sau:
Cách 1: đo các số liệu từ thí nghiệm về sự va chạm của hai vật trên đệm
khí (loại bỏ ma sát), xử lí số liệu rồi khái quát hóa cho các trƣờng hợp khác, sau
đó phát biểu thành định luật.
Cách 2: xây dựng hoàn toàn bằng lý thuyết trên cơ sở của Định luật II
Niu-ton. Tuy nhiên, ĐLBT động lƣợng là định luật vật lí độc lập so với định luật
II Niu-tơn.
2.1.2.2. Ứng dụng của ĐLBT động lượng: chuyển
động bằng phản lực
Trong một hệ kín đang đứng yên, một phần
đƣợc phóng về phía sau thì phần còn lại sẽ chuyển
động về phía trƣớc để đảm bảo đ ng theo Định luật
bảo toàn động lƣợng.
Cần tránh nhầm lẫn nguyên tắc hoạt động
Hình 2.3: Tên lửa nhiều tầng
của máy bay trực thăng (dùng cánh quạt) với máy
bay phản lực. Máy bay trực thăng dùng cánh quạt đẩy không khí xuống phía
dƣới, theo định luật III Niu-ton sẽ xuất hiện một phản lực của không khí đẩy
ngƣợc lại máy bay lên phía trên, nhờ đó mà
máy bay bay đƣợc lên trên.
Động cơ phản lực hoạt động theo một
nguyên tắc chung: có một bộ phận đốt nhiên
Hình 2.4: Tên lửa chuyển động bằng phản lực
31
liệu để tạo thành luồng khí phóng ra phía sau với vận tốc rất lớn, theo ĐLBT
động lƣợng, phần còn lại của động cơ sẽ chuyển động theo chiều ngƣợc lại.
S ng bị giật lùi khi bắn là do hệ kín đạn + s ng có động lƣợng trƣớc khi
bắn bằng không. Khi bắn, đạn bay về phía trƣớc nên theo ĐLBT động lƣợng
s ng sẽ chuyển động về phía sau tạo nên hiện tƣợng lùi của s ng. Do đạn đƣợc
bắn ra không liên tục nên phản lực làm s ng chuyển động không liên tục tạo nên
hiện tƣợng giật lùi.
Pháo thăng thiên, tên lửa phóng đƣợc lên là do thuốc phóng chuyển động
xuống dƣới tạo phản lực đẩy phần còn lại chuyển động lên trên tuân theo ĐLBT
động lƣợng.
2.1.2.3. Công và công suất
a. Khái niệm công
Tích F.s là dấu hiệu cho phép ta phân biệt nhanh chóng về sự xuất hiện
của công thực hiện và tính đƣợc công đó, nhƣng chƣa thể hiện đƣợc bản chất của
công.
Chỉ có thể tìm hiểu rõ bản chất của công khi gắn nó với ĐLBT năng
lƣợng. Công chỉ tồn tại khi năng lƣợng đƣợc chuyển từ dạng này sang dạng khác
hay truyền từ vật này sang vật khác.
Công không phải là một dạng năng lƣợng, mà là số đo của năng lƣợng đã
đƣợc truyền đi hoặc chuyển hóa. Công của lực là A = FScosα, trong đó lực có
hƣớng và độ lớn không đổi, α là góc giữa vectơ
lực và hƣớng di chuyển, S là quãng đƣờng di F
chuyển của điểm đặt của lực.
Vì quãng đƣờng S phụ thuộc vào hình dạng
S
quỹ đạo, mà quỹ đạo có tính tƣơng đối nên công
Hình 2.5: Lực thực hiện công
32
cũng có tính tƣơng đối.
Áp dụng công thức tính công cho trƣờng hợp các lực là lực thế ( ví dụ nhƣ
lực hấp dẫn, lực tĩnh điện...) thì công của lực không phụ thuộc vào hình dạng
đƣờng đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối.
Đơn vị của công: Jun (kí hiệu J), 1 J = 1 N.m; kWh.
b. Khái niệm công suất
Công suất là đại lƣợng đặc trƣng cho tốc độ sinh công, nó đƣợc đo bằng
thƣơng số giữa công thực hiện đƣợc dA trong khoảng thời gian dt và khoảng thời
gian ấy. Nếu việc sinh công diễn ra đều đặn, thì công sinh ra bằng nhau trong
những khoảng thời gian bằng nhau nên công suất bằng A/t.
Công suất có kí hiệu: P; đƣợc tính: .
Trong trƣờng hợp tổng quát, công suất đƣợc xác định: P = F.v.cosα. Với F
độ lớn của lực, α là góc hợp bởi hƣớng của vận tốc với hƣớng của lực tác dụng, v
là tốc độ chuyển động của vật.
Nếu lực có độ lớn không đổi và vật chuyển động cùng hƣớng với lực
tác dụng thì: (6)
Từ công thức có thể giải thích
nguyên tắc hoạt động của hộp số các động cơ. Các
động cơ thƣờng có công suất P không đổi nên
muốn tăng vận tốc v thì phải giảm lực F (khi đi
trên đƣờng bằng về số lớn nhất sẽ đi nhanh nhƣng
Hình 2.6: Hộp số của động cơ ô tô
lực yếu), và ngƣợc lại muốn giảm vận tốc v thì
phải tăng lực F (khi lên dốc về số 1 đi chậm nhƣng lực rất khỏe).
33
c. Khái niệm năng lƣợng
Đây là một trong những khái niệm phức tạp, khó định nghĩa nhất của Vật
lí h c. Nó đƣợc quy ƣớc là thƣớc đo chung để so sánh các dạng chuyển động của
vật chất. Mỗi dạng chuyển động đều đƣợc đo bằng một dạng năng lƣợng riêng,
có công thức xác định khác nhau: động năng, nhiệt năng, thế năng,…
Năng lƣợng đƣợc định nghĩa: một vật có khả năng sinh công, ta nói, vật đó
có mang năng lƣợng.
Công và năng lƣợng có sự khác biệt căn bản. Năng lƣợng là khái niệm
gắn liền với trạng thái, còn công là khái niệm gắn liền với quá trình. Tức là một
hệ đang ở một trạng thái xác định thì có năng lƣợng xác định những không có
công ở đó. Khi hệ thay đổi trạng thái thì năng lƣợng của hệ thay đổi và xuất hiện
công, công sinh ra có độ lớn đ ng bằng độ biến thiên năng lƣợng của hệ trong
quá trình đó.
Có nhiều dạng năng lƣợng tƣơng ứng với các dạng vận động của hệ. Hệ
vận động cơ thì có năng lƣợng dƣới dạng cơ năng, vận động quang thì có năng
lƣợng dƣới dạng quang năng,…
Trong chƣơng “Các định luật bảo toàn” của Vật lí lớp 10, HS đƣợc h c về
dạng năng lƣợng mà hệ có đƣợc do vận động cơ h c. Bao gồm động năng là
dạng năng lƣợng có đƣợc do chuyển động; thế năng là dạng năng lƣợng có đƣợc
do tƣơng tác giữa hệ với trái đất, phụ thuộc vị trí của hệ trong tr ng trƣờng; cơ
năng là tổng của hai thành phần năng lƣợng cơ h c nói trên.
Trong hệ đơn vị SI, năng lƣợng có đơn vị là Jun (J) (giống đơn vị của
công).
34
2.1.2.4. Động năng và Định lý biến thiên động năng
a. Khái niệm động năng
Trong chƣơng trình SGK, chỉ đề cập
đến chuyển động tịnh tiến của vật mà bỏ qua
chuyển động quay của các vật (do không để ý
đến kích thƣớc của vật).
Khi đó: động năng đƣợc định nghĩa là dạng
năng lƣợng của chất điểm có đƣợc do chuyển
động, có giá trị bằng một nửa tích của khối
lƣợng với bình phƣơng vận tốc của chất
Hình 2.7: Cần cẩu văng quả nặng để phá bức tường
điểm.
Công thức tính động năng:
(7)
b. Định lí biến thiên động năng
Lực không đổi tác dụng vào vật m đang có . Vật sẽ chuyển động
thẳng, biến đổi đều theo hƣớng của lực. Sau khi đi đƣợc quãng đƣờng s thì vật có
vận tốc .
Ta có:
Công của lực khi đó là:
A12 = Fs <=> A12 = ma.
A12 = = Wđ2 – Wđ1
Vậy A12 = Wđ2 – Wđ1 (trong đó A12 là công của các ngoại lực).
35
Từ đó, định lí biến thiên động năng đƣợc phát biểu: độ biến thiên động
năng của vật bằng công của các ngoại lực tác dụng vào vật.
Từ phát biểu ta có:
(8) Wđ2 - Wđ1 = A12
Hệ quả:
+ Khi ngoại lực sinh công dƣơng: A12 > 0 => Wđ2 > Wđ1 => động năng
của vật tăng (vật chuyển động nhanh dần).
+ Khi ngoại lực sinh công âm: A12 < 0 => Wđ2 < Wđ1 => động năng của
vật giảm (vật chuyển động chậm dần).
2.1.2.5. Khái niệm thế năng
a. Nghiên cứu thế năng tr ng trƣờng
Thế năng tr ng trƣờng của một vật là dạng năng
lƣợng vật đó có đƣợc do tƣơng tác với Trái đất, phụ
thuộc vào vị trí của vật trong tr ng trƣờng [3].
Thế năng tr ng trƣờng đƣợc xác định:
Hình 2.8: Người cử tạ
(9)
z
m
z
Gốc tính thế năng
O
Hình 2.9: Vật có thế năng trọng trường
36
Mốc (gốc) thế năng đƣợc ch n tùy ý sẽ cho ra các giá trị khác nhau của
thế năng. Trong các trƣờng hợp cụ thể, sẽ ch n mốc thế năng sao cho giải quyết
bài toán đơn giản nhất.
Vì lực tƣơng tác giữa vật và Trái đất là hai lực trực đối, bằng nhau về độ
lớn nhƣng Trái đất có khối lƣợng rất lớn nên không chuyển động về phía vật, chỉ
có vật chuyển đông và „rơi‟ về phía Trái đất. Vì vậy, thế năng của hệ “vật - Trái
đất” vẫn chỉ là thế năng của vật.
M i thiên thể trong vũ trụ đều h t nhau bởi lực hấp dẫn nên cũng tồn tại
năng lƣợng dƣới dạng thế năng hấp dẫn. Thế năng tr ng trƣờng giữa vật và trái
đất chỉ là một trƣờng hợp riêng của thế năng hấp dẫn. Thế năng hấp dẫn là dạng
năng lƣợng phổ biến trong tự nhiên.
Mối liên hệ giữa công của tr ng lực và độ biến thiên của thế năng
Hệ quả:
+ Khi vật đi xuống, độ cao giảm, tr ng lực sinh công dƣơng => A > 0 =>
Wt2 < Wt1 = > Thế năng của vật giảm.
+ Khi vật đi lên, độ cao tăng, tr ng lực sinh công âm => A < 0 => Wt2 >
Wt1 => Thế năng của vật tăng.
b. Nghiên cứu thế năng đàn hồi
Định nghĩa: là dạng năng lƣợng mà vật có đƣợc
do bị biến dạng đàn hồi (khi vật vẫn còn tính đàn hồi,
tức là trong giới hạn đàn hồi).
Trong chƣơng trình SGK, vật đàn hồi hay đề
cập là các lò xo.
Thế năng đàn hồi đƣợc xác định là:
Hình 2.10: Vận động viên nhảy sào
37
(10)
Trong đó: k là hệ số đàn hồi (độ cứng) của lò xo; Giá trị của k phụ thuộc
vào kích thƣớc và vật liệu dùng làm lò xo; đơn vị là N/m; Nếu lò xo càng cứng,
k càng lớn và ngƣợc lại.
Thế năng đàn hồi cũng có tính tƣơng đối, có giá trị khác nhau tùy thuộc
vào cách ch n gốc thế năng.
Biểu thức liên hệ giữa thế năng đàn hồi và công của lực đàn hồi
Xét trƣờng hợp một lò xo ở trạng thái cân bằng và sau đó bị biến dạng một
đoạn là x
m
m
O x x
Hình 2.11: Con lắc lò xo
Khi lò xo bị biến dạng, có lực đàn hồi xuất hiện ngƣợc chiều với biến
dạng, có độ lớn tỷ lệ thuận với độ biến dạng: F = - kx.
Do lực đàn hồi thay đổi theo độ biến dạng nên ch ng ta có thể chia nhỏ độ
biến dạng toàn phần thành những đoạn biến dạng vô cùng nhỏ ∆x sao cho tƣơng
ứng với độ biến dạng này lực đàn hồi coi nhƣ không đổi.
38
F
C
kx
B
x1 x2
O D x x E
Hình 2.12: Đồ thị tính công của lực đàn hồi
Công của lực đàn hồi thực hiện khi vật dịch chuyển đoạn ∆x (coi là thẳng
và trong đoạn đó lực đàn hồi coi nhƣ không đổi về hƣớng và độ lớn) là:
∆A = F∆x = - kx∆x
2/2
Công của lực đàn hồi khi vật thực hiện nhiều đoạn dịch chuyển nhƣ trên:
2/2 – kx2
A12 = ∑∆A = - (kx2x2/2 – kx1x1/2) hay A12 = kx1
Vế phải của biểu thức trên là hiệu của đại lƣợng đƣợc tính bằng biểu thức
kx2/2 g i là thế năng đàn hồi của lò xo.
Vậy ta có: A12 = Wđh1 – Wđh2
(11)
Phát biểu: Công của lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng đàn hồi.
2.1.2.6. Cơ năng và Định luật bảo toàn cơ năng
a. Khái niệm cơ năng
Cơ năng đƣợc tính bằng tổng động năng và thế năng của vật dù vật chuyển
động trong bất kỳ vị trí nào.
39
Biểu thức tính cơ năng: (12)
Đơn vị: trong hệ SI là Jun (J).
Xét bài toán vật chuyển động trong tr ng trƣờng từ điểm M đến điểm N,
bỏ qua m i ma sát.
+ Áp dụng định lí biến thiên động năng: AMN = WđN – WđM.
+ Áp dụng với độ giảm thế năng:
AMN = WtM - WtN
Từ 2 phƣơng trình đó ta có: WđN – WđM = WtM - WtN
Phƣơng trình trên mô tả một đại lƣợng đƣợc xác định bằng tổng động
năng và thế năng tại 2 điểm luôn bằng nhau. Tổng đó đƣợc g i là cơ năng.
b. Nghiên cứu định luật bảo toàn cơ năng
* Định luật bảo toàn cơ năng đối với vật chuyển động trong trƣờng tr ng lực
Xét chất điểm khối lƣợng m chuyển động từ vị trí (1) đến vị trí (2) trong
một trƣờng tr ng lực thì công của tr ng lực thế đƣợc xác định:
Tƣơng tự nhƣ trên ta có: Wđ(1) + Wt(1) = Wđ(2) + Wt(2)
(13)
Nghĩa là: W = Wđ + Wt = const
Phát biểu: trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của
tr ng lực (bỏ qua m i lực cản), động năng và thế năng có thể chuyển hóa cho
nhau, nhƣng tổng của ch ng tức cơ năng luôn đƣợc bảo toàn (không đổi theo
thời gian).
* Định luật bảo toàn cơ năng trƣờng lực đàn hồi
40
Một cách tƣơng tự, trong quá trình chuyển động, khi động năng của vật
tăng thì thế năng đàn hồi giảm và ngƣợc lại, nhƣng tổng động năng và thế năng,
tức cơ năng của vật thì luôn bảo toàn ta có:
(14)
Với lập luận nhƣ trên, khi một vật chuyển động trong trƣờng lực thế bất kì
thì cơ năng của vật luôn đƣợc bảo toàn.
c. Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lƣợng
Đối với một hệ cô lập (hệ không tƣơng tác với bên ngoài, không trao đổi
năng lƣợng với bên ngoài) thì A12 = 0.
Từ biểu thức (18): W2 - W1 = A12 => W2 - W1 = 0 => W2 = W1 = const,
tức là năng lƣợng của hệ cô lập không đổi (đƣợc bảo toàn).
Phát biểu nội dung định luật: năng lƣợng không tự sinh ra, không tự mất
đi, nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc từ vật này sang vật khác.
ĐLBT và chuyển hoá năng lƣợng là định luật mang tính phổ quát, cơ bản
của tự nhiên. Định luật này đ ng cho m i trƣờng hợp, kể cả hệ quy chiếu quán
tính hay không quán tính.
Một kết luận có tính thực tiễn đƣợc r t ra từ định luật:
+ Khi một hệ sinh công thì năng lƣợng của hệ giảm đi. Năng lƣợng của hệ
là hữu hạn, bản thân hệ không thể tự sinh công mãi đƣợc.
+ Muốn cho hệ tiếp tục sinh công, ta phải cung cấp thêm năng lƣợng cho
hệ để bù vào phần năng lƣợng đã mất trong quá trình làm việc [4].
+ Không thể tồn tại loại động cơ g i là động cơ vĩnh cửu.
41
2.1.2.7. Va chạm đàn hồi và va chạm không đàn hồi
Có hai loại va chạm là va chạm đàn hồi và va chạm không đàn hồi, trong
đó nghiên cứu hai loại đặc biệt là va chạm hoàn toàn đàn hồi (va chạm hoàn toàn
đàn hồi xuyên tâm) và va chạm hoàn toàn không đàn hồi (va chạm mềm).
+ Với va chạm đàn hồi, trong chƣờng trình sách giáo khoa đề cập chủ yếu
là va chạm đàn hồi xuyên tâm trực diện. Đối với loại va chạm này, do vật chỉ
biến dạng đàn hồi nên năng lƣợng của hệ không bị tiêu hao hay thay đổi dạng, vì
vậy năng lƣợng đƣợc bảo toàn. Khi các vật tƣơng tác theo loại va chạm này, nội
lực là rất lớn so với các ngoại lực (nếu có), hơn nữa thời gian xảy ra va chạm rất
ngắn nên động lƣợng đƣợc bảo toàn. Vì vậy, khi nghiên cứu loại va chạm này ta
cần áp dụng cả hai định luật bảo toàn: động lƣợng và năng lƣợng (cụ thể là động
năng). Cần xử lí dấu của các vận tốc bằng cách quy ƣớc chiều dƣơng theo một
chiều nào đó
+ Đối với va chạm không đàn hồi (cụ thể là va chạm hoàn toàn không đàn
hồi hay va chạm mềm) trong quá trình va chạm có sự biến dạng không phục hồi
nên năng lƣợng (cụ thể là động năng) của hệ có sự chuyển hóa thành dạng năng
lƣợng khác (nội năng). Vậy, trong va chạm không đàn hồi cơ năng biến thiên, cụ
thể: cơ năng của vật bị giảm sau va chạm. Cũng do các nguyên nhân nêu ở trên
thì với loại va chạm này động lƣợng vẫn đƣợc bảo toàn. Để phù hợp với tƣ duy
của h c sinh mà trong chƣơng trình Vật lí THPT chỉ đề cập trƣờng hợp đặc biệt
của va chạm không đàn hồi là va chạm mềm.
2.1.2.8. Các định luật Kê-ple
Mục tiêu của bài này là gi p h c sinh hiểu rõ và có cái nhìn đ ng đắn về
cấu tạo cũng nhƣ đặc điểm chuyển động của các hành tinh trong hệ mặt trời.
42
Định luật I về quỹ đạo: M i hành
tinh đều chuyển động theo các quỹ đạo elip
mà Mặt Trời là một tiêu điểm.
Định luật II về diện tích: Đoạn
thẳng nối mặt trời và một hành tinh bất kì
quét những diện tích bằng nhau trong
những khoảng thời gian nhƣ nhau.
Hình 2.13: Các hành tinh chuyển động xung quanh mặt trời
Định luật III về chu kỳ: Tỉ số giữa
lập phƣơng bán trục lớn và bình phƣơng
chu kì quay là giống nhau cho m i hành
tinh quay quanh mặt Trời.
(19)
Các định luật Kê-ple đƣợc tìm ra là
Hình 2.14: "Tốc độ" diện tích của hành tinh bằng hằng số
kết quả của sự kế thừa các số liệu nghiên
cứu qua rất nhiều năm của các nhà thiên văn h c. H cùng quan sát chuyển động
của các hành tinh trong hệ mặt trời và đƣa ra các số liệu đơn lẻ. Sau khi Ba định
luật Niu-ton ra đời, Kê-ple mới vận dụng để chứng minh đƣợc ba định luật của
mình. Nê ta có thể nói các định luật Kê-ple là hệ quả của các định luật cơ h c cổ
điển.
Ba định luật Kê-ple ra đời đã đƣa ra một phƣơng pháp xác định khối
lƣợng của thiên thể dựa trên các kết qủa quan sát thiên văn về bán kính quỹ đạo
quay quanh mặt trời, chu kỳ quay quanh mặt trời. Khi đó khối lƣợng thiên thể
đƣợc xác định nhờ công thức: ; với là bán kính quỹ đạo,
chu kỳ quay của vệ tinh quanh thiên thể cần xác định khối lƣợng.
43
2.1.2.9. Vệ tinh nhân tạo. Vận tốc vũ trụ
Các vệ tinh do con ngƣời chế tạo nên và đƣợc phóng lên vũ trụ g i và vệ
tinh nhân tạo.
Tùy theo vận tốc đƣợc cung cấp ban đầu của các vệ tinh mà ch ng là vệ
tinh của Trái Đất, Mặt Trời hoặc thoát ra khỏi hệ Mặt Trời.
Nếu từ một điểm nào đó tại mặt đất, Vệ tinh đƣợc phóng lên với vận tốc là
v có thể xảy ra một trong những trƣờng hợp sau đây:
- Khi v < v1 = 7,9km/s 8km/s: vệ tinh sẽ
rơi về mặt đất
- Khi v = v1 = 7,9km/s 8km/s: vật sẽ
chuyển động tròn quanh Trái Đất và trở thành vệ
tinh nhân tạo của Trái Đất.
- Khi v = v2 = 11,2km/s: vật sẽ thoát ra
khỏi lực h t của Trái Đất theo một quỹ đạo
parabol và trở thành vệ tinh nhân tạo của Mặt
Trời.
Hình 2.15: Các vệ tinh nhân tạo chuyển động xung quanh Trái Đất
- Khi v = v3 = 16,7km/s: Vật sẽ thoát ra
khỏi hệ Mặt Trời theo một quỹ đạo parabol.
Các vận tốc v1, v2, v3 đƣợc g i là vận tốc vũ trụ cấp 1, cấp 2, cấp 3.
2.2. Mục tiêu dạy học của chƣơng Các định luật bảo toàn
Mục tiêu chung về kiến thức, kỹ năng của chƣơng tập trung vào một số
vấn đề nhƣ sau:
- Phát biểu và viết đƣợc biểu thức (nếu có) của các khái niệm động lƣợng,
công, công suất, năng lƣợng, động năng, thế năng, cơ năng.
- Trình bày đƣợc mối quan hệ giữa công, động năng, thế năng.
44
- Nêu đƣợc nội dung, viết đƣợc biểu thức của ĐLBT động lƣợng, ĐLBT
bảo toàn cơ năng, 3 định luật Kê-ple. Vận dụng đƣợc các ĐLBT để giải thích
một số hiện tƣợng trong thực tế và giải một số bài toán liên quan đến các hiện
tƣợng.
2.2.1. Kiến thức
Chủ đề Nội dung
Động lƣợng, + Trình bày đƣợc khái niệm và lấy đƣợc ví dụ về hệ kín.
ĐLBT động + Viết đƣợc công thức tính và nêu đƣợc đơn vị của động
lƣợng, chuyển lƣợng.
động bằng phản + Phát biểu và viết đƣợc biểu thức của ĐLBT đối với hệ kín
lực gồm hai vật.
+ Nêu đƣợc nguyên tắc CĐ bằng phản lực.
Công, công + Phát biểu đƣợc định nghĩa và viết đƣợc công thức tính
suất công, công suất.
Động năng + Trình bày đƣợc định nghĩa, viết đƣợc công thức và nêu
đƣợc đơn vị của động năng.
+ Trình bày đƣợc đầy đủ về định lí biến thiên động năng.
Thế năng tr ng + Trình bày đƣợc thế năng tr ng trƣờng về các mặt: định
trƣờng và TN nghĩa, công thức, đơn vị.
đàn hồi + Trình bày đƣợc thế năng đàn hồi về các mặt: định nghĩa,
công thức.
Cơ năng và + Trình bày đƣợc khái niệm cơ năng về các mặt: định nghĩa,
ĐLBT cơ năng công thức, đơn vị.
+ Trình bày đƣợc nội dung và viết đƣợc biểu thức của
ĐLBT cơ năng.
45
Va chạm đàn + Trình bày đƣợc khái niệm va chạm, va chạm đàn hồi (đặc
hồi và va chạm biệt là va chạm hoàn toàn đàn hồi, xuyên tâm), va chạm
không đàn hồi không đàn hồi (đặc biệt là va chạm mềm).
Ba định luật + Trình bày chính xác khái niệm hệ nhật tâm: Mặt Trời là
Kê-ple trung tâm của hệ, các hành tinh quay xung quanh mặt trời.
+ Trình bày đ ng nội dung và viết đƣợc biểu thức của ba
định luật Kê-ple. R t ra đƣợc các hệ quả của các định luật.
2.2.2. Kỹ năng
- Dùng ĐLBT động lƣợng, ĐLBT cơ năng để giải thích đƣợc một số hiện tƣợng
gặp trong đời sống cũng nhƣ giải đƣợc các bài tập đối với va chạm mềm, va
chạm tuyệt đối đàn hồi.
- Vận dụng đƣợc một cách chính xác công thức và . Hiểu rõ
ý nghĩa Vật lí của từng đại lƣợng trong công thức.
2.3. Một số nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập để bồi dƣỡng học sinh giỏi
Việc xây dựng hệ thống bài tập để bồi dƣ ng h c sinh giỏi vừa phải đảm
bảo yêu cầu về mặt kiến thức, vừa phải đảm bảo yêu cầu về kĩ năng, tính logic
của hệ thống. Mặt khác phải sự phát triển các năng lực của h c sinh giỏi, đặc biệt
là năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn.
Về kiến thức phải đảm bảo các yêu cầu của một bài tập Vật lí nói chung,
bài tập Vật lí cho h c sinh giỏi nói riêng, đảm bảo phƣơng pháp luận cho quá
trình nắm bắt, phát triển kiến thức, phát triển tƣ duy logic cho h c sinh giỏi.
Hệ thống bài tập cần đáp ứng đƣợc việc phát triển các kĩ năng giải bài tập,
phát hiện và phân tích hiện tƣợng Vật lí, dự đoán đƣợc các hiện tƣợng có thể xảy
46
ra tiếp theo. Đặc biệt, các kết quả đƣợc xử lí xong phải có các ứng dụng rõ ràng
trong thực tiễn.
2.4. Hệ thống bài tập
2.4.1. Bài tập định tính
2.4.1.1. Bài tập có hướng dẫn giải
Bài 1: Giải thích tác dụng của các dụng cụ sau:
a) Tấm đệm đ vận động viên nhảy cao hay nhảy sào khi rơi xuống.
b) Tấm lƣới cứu hộ hứng những ngƣời bị kẹt do hỏa hoạn phải nhảy từ tầng cao
xuống đất.
c) Túi khí tự động bật ra trƣớc tay lái khi có sự cố ô tô va chạm nhau hoặc đâm
vào chƣớng ngại vật.
Hƣớng dẫn giải:
a) Khi nhảy sào ở giai đoạn tiếp đất cần có tấm đệm để làm giảm vận tốc của vận
động viên một cách từ từ (tăng thời gian tác dụng lực làm động lƣợng biến thiên
chậm) nên lực tiếp đất nhỏ sẽ tránh gây thƣơng tật cho các vận động viên.
b) Ngƣời nhảy từ trên cao xuống sẽ có vận tốc lớn, nếu để tiếp đất trực tiếp sẽ
gây tổn hại đến chân. Cần có tấm lƣới với mục đích giảm dần vận tốc của ngƣời
(tăng thời gian tác dụng lực làm động lƣợng biến thiên chậm) để tránh gây
thƣơng tật.
c) Túi khí tự động bật trƣớc tay lái có hai mục đích. Một là, tránh gây va chạm
cho ngƣời lái vào vô lăng xe. Hai là sinh ra lực cản làm động lƣợng của vật giảm
dần nên vận tốc của ngƣời khi bị văng về trƣớc do quán tính đƣợc giảm dần nên
lực tƣơng tác với vô lăng xe sẽ nhỏ đi.
Bài 2: Một em bé đang thổi hơi vào quả bong bóng. Khi bóng căng, do sơ ý
bóng tuột ra khỏi tay. Nêu hiện tƣợng xảy ra khi đó và giải thích đặc điểm
chuyển động của quả bóng.
47
Hƣớng dẫn giải:
Khi quả bong bóng đang căng mà bị tuột tay thì khí ở trong quả bóng sẽ bị
đẩy ra ngoài do sự đàn hồi của quả bóng. Khi đó theo ĐLBT động lƣợng thì quả
bóng (phần còn lại) sẽ bị chuyển động theo chiều ngƣợc lại. Do quả bóng mềm,
dẻo nên khí khi bị đẩy ra sẽ không có quỹ đạo thẳng nên quả bóng cũng bị
chuyển động theo quỹ đạo có hình dạng bất kỳ.
Bài 3: Hãy mô tả và giải thích chuyển động của các loài mực và sứa ở trong
nƣớc.
Hƣớng dẫn giải:
Các loài mực và sứa chuyển động đƣợc theo nguyên tắc của chuyển động
bằng phản lực. Mực và sứa có cấu tạo thân rỗng, bên trong chứa các túi hoặc ống
chứa đầy nƣớc. Khi chuyển động ch ng đẩy nƣớc về đằng sau thì phần thân sẽ
chuyển động về phía trƣớc. Muốn thay đổi hƣớng chuyển động chỉ cần thay đổi
tƣ thế của các túi hoặc ống để điều chỉnh hƣớng đẩy nƣớc ra phía sau sẽ làm thay
đổi hƣớng chuyển động của phần thân còn lại.
Bài 4: Một phi hành gia rời khỏi tàu và làm việc ngoài khoảng không vũ trụ. Sau
khi làm việc xong h muốn trở về tàu của mình. Hãy đề xuất một phƣơng án đơn
giản giúp phi hành gia trở lại tàu.
Hƣớng dẫn giải:
Các phi hành gia làm việc bên ngoài tàu vũ trụ sẽ ở trạng thái không tr ng
lƣợng, tức là h lơ lửng trong không gian, vì vậy việc đi lại không thể thực hiện
nhƣ khi trên Trái đất. Để có thể quay lại tàu thì h có thể buộc dây vào con tàu
ngay từ khi bắt đầu đi ra. H cũng có thể mang theo một vật nặng nào đó, khi h
muốn quay lại tàu thì chỉ việc cầm vật đó ném theo hƣớng ra xa con tàu thì bản
thân phi hành gia sẽ chuyển động về phía con tàu theo đặc điểm chuyển động
thẳng đều.
48
Bài 5: Khi nào thì một lực tác dụng lên một vật đang dịch chuyển nhƣng vẫn
không sinh công?
Hƣớng dẫn giải:
Dựa vào công thức tính công, khi một lực tác dụng lên một vật đang dịch
chuyển nhƣng vẫn không sinh công là khi lực tác dụng theo phƣơng vuông góc
với hƣớng chuyển động của vật.
Bài 6: Một vật có tr ng lƣợng 1 N đƣợc nâng lên 1 m theo phƣơng thẳng đứng.
Trong trƣờng hợp này có thể có công bằng 1 J hay lớn hơn 1 J không? Trong
điều kiện nào công bằng 1 J hay lớn hơn 1 J đƣợc thực hiện?
Hƣớng dẫn giải:
Theo công thức tính công thì có thể có công bằng hoặc lớn hơn 1 J. Điều
đó tùy thuộc vào độ lớn lực tác dụng. Muốn công bằng 1 J thì nâng vật lên đều
khi đó độ lớn lực nâng bằng tr ng lƣợng của vật. Muốn công lớn hơn 1 J thì
nâng vật lên nhanh dần đều, khi đó độ lớn lực nâng lớn hơn tr ng lƣợng của vật
và sẽ sinh công lớn hơn 1 J.
Bài 7: Trong một trò xiếc, hai con khỉ leo dây để cùng đạt độ cao z nhƣ nhau từ
mặt đất. Con thứ nhất leo dây cố định buộc trên cao, con thứ hai leo dây vắt qua
ròng r c và đầu kia treo một vật nặng. Công do hai con khỉ thực hiện có bằng
nhau không? Vì sao?
Hƣớng dẫn giải:
Đây là một ví dụ về máy cơ đơn giản, không cho ta lợi về công. Vì vậy,
công do hai con khỉ thực hiện là bằng nhau. Với con khỉ 1 thì công của nó có thể
tính theo công của tr ng lực. Con khỉ 2 sẽ cần tác dụng lực bằng một nửa tr ng
lƣợng của nó nhƣng phải leo đoạn dây dài gấp 2 lần con khỉ kia nên công của hai
con khỉ là bằng nhau.
49
Bài 8: Khi chế tạo hộp số dùng trong xe ô tô và xe gắn máy phải dựa vào cơ sở
vật lí nào?
Hƣớng dẫn giải:
Khi chế tạo hộp số cho ô tô, xe máy phải dựa vào công thức tính công
suất. Với mỗi động cơ thì công suất là không đổi tức là tích Fv luôn bằng nhau.
Vậy nếu tăng lực sẽ giảm vận tốc và ngƣợc lại. Điều đó đƣợc sử dụng ở các loại
địa hình khác nhau. Ví dụ, khi đi đƣờng bằng phẳng thì không cần lực lớn nhƣng
cần vận tốc lớn, khi lên dốc thì không cần vận tốc lớn nhƣng cần lực lớn.
Bài 9: Tại sao các con đƣờng đèo vƣợt qua núi thƣờng có dạng uốn lƣợn men
dần lên đỉnh núi mà không làm theo một đƣờng thẳng lên dốc?
Hƣớng dẫn giải:
Các con đƣờng đèo vƣợt n i thƣờng có độ cao lớn. Mục đích của việc làm
các con đèo có dạng uốn lƣợn để làm giảm thành phần lực cản do tr ng lực của
xe, từ đó sẽ không cần lực phát động sinh công lớn để đ hại cho động cơ. Về
mặt lý thuyết thì phƣơng án này không đƣợc lợi nhƣng cũng không có hại về
công. Nhƣng trong thực tế, khi làm nhƣ vậy sẽ làm tăng độ dài đƣờng đi nên làm
tăng công của lực ma sát nên thực tế vẫn tốn công hơn. Tuy nhiên còn một
nguyên nhân nữa đó là nếu có xảy ra tai nạn thì cũng không nguy hiểm bằng
trƣờng hợp làm đƣờng thẳng lên dốc.
Bài 10: Động năng của một vật không thay đổi trong trƣờng hợp:
A. khối lƣợng không đổi, vận tốc tăng gấp hai.
B. vận tốc tăng gấp đôi, khối lƣợng tăng gấp hai.
C. khối lƣợng giảm một nửa, vận tốc tăng gấp 4.
D. vận tốc giảm một nửa, khối lƣợng tăng gấp 4.
Hƣớng dẫn giải:
D. vận tốc giảm một nửa, khối lƣợng tăng gấp 4.
50
Bài 11: Tác dụng một lực F không đổi làm một vật có khối lƣợng m dịch chuyển
đƣợc một độ dời s từ trạng thái nghỉ đến l c đạt vận tốc v. Nếu giảm độ lớn lực
tác dụng 4 lần thì với cùng quãng đƣờng đi đƣợc s, vận tốc của vật sẽ:
A. giảm 2 lần.
B. giảm 4 lần.
C. giảm 5 lần.
D. giảm 16 lần.
Hƣớng dẫn giải:
A. giảm 2 lần.
Bài 12: Một h c sinh cho rằng: Giá trị thế năng phụ thuộc vào mốc tính thế năng
nên độ giảm thế năng cũng phụ thuộc mốc tính thế năng. Lập luận của h c sinh
này có đ ng không? Tại sao?
Hƣớng dẫn giải:
Giá trị thế năng phụ thuộc vào việc ta ch n mốc thế năng. Nhƣng khi xét
hiệu thế năng thì yếu tố mốc thế năng tự động triệt tiêu nhau nên độ giảm thế
năng không phụ thuộc việc ch n mốc thế năng.
Bài 13: Thế năng đàn hồi luôn có giá trị dƣơng, nhƣng thế năng tr ng trƣờng có
thể có giá trị dƣơng hoặc âm. Tại sao lại có sự khác nhau giữa giá trị của hai loại
thế năng nhƣ vậy?
Hƣớng dẫn giải:
Có sự khác nhau giữa giá trị của hai loại thế năng nhƣ vậy là do hai
nguyên nhân. Một là chúng ta có thể ch n mốc thế năng tùy ý để tính thế năng.
Hai là do công thức tính của hai loại thế năng, thế năng tr ng trƣờng phụ thuộc
t a độ của vị trí vật mà ta xét nên có thể âm, dƣơng hoặc bằng không, còn thế
năng đàn hồi thì phụ thuộc bình phƣơng t a độ vị trí của vật nên không thể âm.
51
Bài 14: Trong quá trình dao động của con lắc đơn, khi nào thì thế năng chuyển
hóa thành động năng, khi nào thì động năng chuyển hóa thành thế năng? Vị trí
nào thế năng cực đại, vị trí nào thế năng cực tiểu?
Hƣớng dẫn giải:
Trong quá trình dao động của con lắc đơn, khi vật đi từ vị trí biên về vị trí
cân bằng thì thế năng giảm, động năng tăng, tức là thế năng chuyển hóa thành
động năng. Ngƣợc lại, khi vật đi từ vị trí cân bằng ra biên thì thế năng tăng, động
năng giảm, tức là động năng chuyển hóa thành thế năng.
Do sự chuyển hóa giữa thế năng và động năng nhƣ đã nêu ở trên nên khi
vật tới vị trí cân bằng toàn bộ thế năng chuyển hóa thành động năng nên động
năng đạt giá trị cực đại ở vị trí cân bằng. Ngƣợc lại, khi vật tới vị trí biên thì toàn
bộ động năng chuyển hóa thành thế năng nên tại vị trí biên thế năng cực đại.
2.4.1.2. Bài tập tự giải
Bài 15: Trong quá trình dao động trên
mặt phẳng ngang không ma sát của một
con lắc lò xo ở hai bên vị trí cân bằng O,
giữa A và B nhƣ hình vẽ.
a) Tìm vị trí mà tại đó động năng có giá trị cực đại, thế năng có giá trị cực đại?
b) Chỉ rõ khi vật chuyển động trên những đoạn nào, chiều chuyển động thi thế
năng chuyển hóa thành động năng và ngƣợc lại?
Bài 16: Từ đỉnh một mặt phẳng nghiêng ngƣời ta thả đồng thời hai vật giống hệt
nhau: vật thứ nhất rơi tự do, vật thứ hai lăn không ma sát trên mặt phẳng
nghiêng.
a) So sánh thời gian chuyển động của hai vật.
b) So sánh động năng của hai vật tại thời điểm chạm đất.
c) Ở thời điểm nào hai vật có cùng cơ năng?
52
Bài 17: Phân tích sự biến đổi năng lƣợng trong quá trình phi công nhảy dù khi
chƣa mở dù, khi đã mở dù (biết lực cản của không khí lên dù có giá trị bằng
tr ng lƣợng của phi công) và lúc chạm đất.
Bài 18: Hãy quan sát và giải thích trò chơi bắn bi của trẻ em (với điều kiện bắn
xuyên tâm).
Bài 19: Hai quả cầu nhỏ giống hệt nhau đƣợc treo sát
nhau bằng hai sợi dây có cùng chiều dài nhƣ hình vẽ. Đƣa
quả cầu A đến vị trí nhƣ hình vẽ rồi buông nhẹ. Mô tả
chuyển động tiếp theo của hai quả cầu.
Bài 20: Giải thích tại sao trong trò chơi bi-a, khi dùng viên bi A bắn xuyên tâm
vào viên bi B thì có thể xảy ra hiện tƣợng viên bi A đứng ngay tại chỗ, chỉ viên
bi B chuyển động.
Bài 21: Một ngƣời đứng trên thuyền, đi từ đầu A về đầu B. Khi đó thuyền có
chuyển động không? Nếu có thì chiều chuyển động của thuyền nhƣ thế nào? Vận
dụng kiến thức về các định luật bảo toàn hãy giải thích hiện tƣợng đó.
Bài 22: Khi tham gia giao thông, m i ngƣời luôn đƣợc nhắc nhở tránh phóng
nhanh, vƣợt ẩu. Bằng kiến thức Vật lí, hãy giải thích những hậu quả nghiêm
tr ng có thể dẫn đến khi “phóng nhanh”.
2.4.2. Bài tập định lượng
2.4.2.1. Bài tập có hướng dẫn
Bài 1: Quả bóng đang bay với vận tốc 15 m/s thì tới tay thủ môn, khối lƣợng quả
bóng là 400 g. Thủ môn bắt bóng trong thời gian 0,2 s. Tính độ lớn lực mà quả
bóng tác dụng lên tay thủ môn trong thời gian nói trên.
Hƣớng dẫn giải:
53
* Phân tích hiện tƣợng vật lí: khi thủ môn dùng tay bắt bóng tức là cản trở
chuyển động của quả bóng, sẽ có tƣơng tác lực giữa tay thủ môn và quả bóng. Lý
thuyết và thực tế đã chứng minh thời gian tƣơng tác (bắt bóng) càng ngắn thì lực
tƣơng tác sẽ càng lớn.
* Việc sử dụng công cụ toán h c: theo công thức về xung lƣợng của lực, ta
có: F = mv2 – mv1, có đầy đủ các thông số ta sẽ tính đƣợc lực tƣơng tác giữa
tay thủ môn và quả bóng.
* Lời giải:
Áp dụng công thức xung lƣợng của lực ta có:
F = mv2 – mv1 => F =
Thay số đƣợc: F = = -30 N.
Ở đây, dấu “-” thể hiện lực hãm tác dụng vào quả bóng.
Theo định luật III Niu-ton, độ lớn lực mà quả bóng tác dụng vào tay thủ
môn là 30 N.
* Biện luận, đánh giá kết quả: với khối lƣợng và tốc độ của quả bóng nhƣ
trên thì kết quả tìm đƣợc là hoàn toàn hợp lí.
* Sáng tạo, phát triển bài toán: có thể cho dữ kiện, khi bắt bóng thủ môn
hơi giật ngƣời về phía sau để tăng thời gian tƣơng tác, từ đó có thể làm giảm lực
tác dụng của quả bóng vào tay thủ môn.
Bài 2: Một tàu thủy chạy trên sông theo đƣờng thẳng kéo một sà lan chở hàng với lực không đổi F = 5000 N. Hỏi khi lực thực hiện đƣợc một công bằng 15.106
J thì sà lan đã dời chỗ theo phƣơng của lực đƣợc quãng đƣờng bằng bao nhiêu?
Hƣớng dẫn giải:
54
* Phân tích hiện tƣợng vật lí: đây là một bài toán thực tế, hay xảy ra trên
các tuyến sông. Tàu thủy dùng động cơ để kéo sà lan chuyển động trên sông. Do
đã có lực tác dụng và sà lan đã chuyển động nên lực đã sinh công, công này là
công dƣơng vì sà lan chuyển động theo phƣơng của lực.
* Việc sử dụng công cụ toán h c: liên quan đến bài toán lực sinh công cơ
h c nên chúng ta sẽ sử dụng công thức tính công cơ h c để giải bài toán. Ở đây
vì sà lan chuyển động theo phƣơng của lực nên góc trong biểu thức tính công
bằng không nên: A = F.S từ đó tính đƣợc quãng đƣờng đi đƣợc.
* Lời giải:
+ Công của lực đƣợc tính theo công thức: A = F.S.cos .
+ Vì sà lan chuyển động theo phƣơng của lực nên: = 0.
+ Vậy: A = F.S.
+ Quãng đƣờng sà lan đi đƣợc là: S = .
+ Thay số đƣợc: S = => S = 3000 m.
+ Vậy sà lan đã dời chỗ theo phƣơng của lực đƣợc quãng đƣờng là 3000
m.
* Biện luận, đánh giá kết quả: kết quả tìm đƣợc phù hợp với thực tế.
* Sáng tạo, phát triển bài toán: trong thực tế việc dùng tàu thủy kéo sà lan có thể
có nhiều tình huống khác nhau. Có thể kéo đi xuôi, ngƣợc dòng nƣớc hoặc
vuông góc, chếch với bờ sông. Với dữ kiện của bài toán này, chúng ta không
quan tâm đến các tình huống đó. Nhƣng trong thực tế, cần quan tâm đến lực do
động cơ sinh ra trong các tình huống. Vì đây là bài toán liên quan đến nhiên liệu,
độ bền của động cơ, liên quan đến giá thành vận tải phục vụ bài toán về kinh tế.
55
Bài 3: Một viên đạn có khối lƣợng 4 kg bị nổ thành hai mảnh. Một mảnh có khối
lƣợng 2,5 kg bay theo phƣơng chếch lên cao và hợp với đƣờng thẳng đứng một góc 450 với vận tốc 400 m/s. Tìm hƣớng bay và tốc độ của mảnh còn lại? Biết
trƣớc khi nổ viên đạn đang bay thẳng đứng lên với vận tốc 385,5 m/s.
Hƣớng dẫn giải:
* Phân tích hiện tƣợng vật lí: đây là dạng bài toán về sự nổ của đạn. Một
vật đang chuyển động và nổ thì hai mảnh v sẽ chuyển động về 2 phía của
hƣớng bay ban đầu theo định luật bảo toàn động lƣợng.
* Việc sử dụng công cụ toán h c: do khi đạn nổ diễn ra trong thời gian rất
ngắn, hơn nữa nội lực rất lớn so với ngoại lực (tr ng lực) tác dụng vào viên đạn
nên động lƣợng của viên đạn đƣợc bảo toàn. Chúng ta sẽ dùng định luật bào toàn
động lƣợng để giải quyết bài toán này.
* Lời giải:
+ Động lƣợng của viên đạn ngay trƣớc khi nổ là: = .
+ Động lƣợng của hệ hai mảnh ngay sau khi v là: = + .
+ Áp dụng định luật bảo toàn động lƣợng ta đƣợc:
= => + = (1).
+ Từ phƣơng trình (1) ta đƣợc: = - . => p2 =
+ Với p = mv = 4.385,5 = 1542 kgm/s; p1 = m1v1 = 2,5.400 = 1000 kgm/s.
+ Thay số đƣợc: p2 = 1094 kgm/s => v2 = 729 m/s. + Từ phƣơng trình (1) ta có: p2 = với
=> cosα= => α 950.
+ Vậy góc hợp bởi hƣớng bay của mảnh thứ hai hợp với phƣơng thẳng
đứng góc 500.
56
* Biện luận, đánh giá kết quả: kết quả tìm đƣợc phú hợp với thực tế.
* Sáng tạo, phát triển bài toán: trong thực tế, viên đạn có nhiều quỹ đạo bay khác
nhau, có thể thay đổi hƣớng chuyển động của viên đạn ngay trƣớc khi nổ để
thành dạng toán khác, hoặc thay đổi các dữ kiện ban đầu cũng tạo ra các hiện
tƣợng và dạng bài tập khác.
Bài 4: Một máy bơm nƣớc mỗi giây có thể bơm đƣợc 15 l nƣớc lên bể nƣớc ở độ
cao 10 m. Nếu coi m i tổn hao là không đáng kể, hãy tính công suất của máy
bơm. Trong thực tế hiệu suất của máy bơm chỉ là 0,7. Hỏi sau nửa giờ, máy bơm đã thực hiện một công bằng bao nhiêu? Lấy g = 10 m/s2. Khối lƣợng riêng của
nƣớc là D = 1 kg/l.
Hƣớng dẫn giải:
* Phân tích hiện tƣợng vật lí: đây là bài toán thực tế, cùng hiện tƣợng với
việc bơm nƣớc lên các bể ở các hộ gia đình, đặc biệt là các vùng quê. Việc đƣa
nƣớc từ dƣới lên cần tốn một năng lƣợng nhất định, năng lƣợng này do máy bơm
cung cấp và đƣợc chuyển hóa thành thế năng của lƣợng nƣớc đƣợc bơm lên.
* Việc sử dụng công cụ toán h c: liên quan đến việc chuyển hóa năng
lƣợng ta cần sử dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lƣợng. Năng lƣợng
máy bơm cung cấp cho lƣợng nƣớc lên cao đƣợc chuyển hóa thành thế năng của
nƣớc. Thực tế, các máy đều có hiệu suất sử dụng nên một phần bị chuyển hóa
thành công vô ích, một phần đƣợc chuyển hóa thành thế năng của lƣợng nƣớc
theo công thức tính hiệu suất.
* Lời giải:
+ Đổi đơn vị: h = 1800 s.
+ Trong thời gian 1 s, khối lƣợng nƣớc đƣợc bơm lên cao là: m1 = D.V
Thay số đƣợc: m1 = 1.15 = 15 kg.
57
+ Sau nửa giờ, khối lƣợng nƣớc đƣợc bơm lên cao là:
m = 1800.15 = 27000 kg.
+ Thế năng của lƣợng nƣớc ở độ cao đó là:
Wt = mgh = 27000.10.10 = 2,7.106 J.
+ Thế năng đó có đƣợc là do máy bơm thực hiện công đƣa nó lên, vì vậy
công mà máy bơm thực hiện đƣợc sau nửa giờ là: A = 2,7.106 J.
+ Nếu hiệu suất của máy bơm là 0,7 thì công do máy bơm thực hiện sau
nửa giờ là:
ta có H = = 3,86.106 J. => Atp =
* Biện luận, đánh giá kết quả: kết quả đầu là giả thiết máy bơm hoạt động
với hiệu suất 100%, toàn bộ năng lƣợng của máy bơm đều dùng để đƣa nƣớc lên
cao; kết quả sau là với máy bơm hoạt động với hiệu suất thực tế, ngoài năng
lƣợng cung cấp để đƣa nƣớc lên cao còn một phần năng lƣợng tổn hao vô ích
nên tổng năng lƣợng mà máy bơm sinh ra phải lớn hơn.
* Sáng tạo, phát triển bài toán: bài toán này còn có thể áp dụng cho các hiện
tƣợng liên quan đến việc vận chuyển các vật lên cao, nên có thể phát triển thành
các dạng bài tập khác nhƣ: tính năng lƣợng cần thiết để cần cẩu nâng vật có khối
lƣợng m lên độ cao h nào đó khi biết hiệu suất của cần cẩu.
Bài 5: Một ô tô có khối lƣợng 1600 kg (cả ngƣời lái) đang chạy với vận tốc 50
km/h thì ngƣời lái nhìn thấy một vật cản trƣớc mặt cách khoảng 15 m. Ngay lập
tức, ngƣời đó giảm hẳn ga và hãm phanh khẩn cấp. Giả sử lực hãm ô tô là không đổi và bằng 1,2.104 N.
a. Hỏi xe có kịp dừng tránh khỏi đâm vào vật cản hay không?
58
b. Thực tế, khi thấy vật cản ngƣời lái xe phải mất một khoảng thời gian t0 nào đó
rồi mới giảm hẳn ga và hãm phanh. Giả sử t0 = 0,5 s và lực hãm ô tô có giá trị
nhƣ trên. Với điều kiện nhƣ vậy thì xe có bị đâm vào vật cản hay không?
Hƣớng dẫn giải:
* Phân tích hiện tƣợng vật lí: bài toán thƣờng xảy ra với các phƣơng tiện
giao thông trên đƣờng. Khi phát hiện vật cản phía trƣớc, ngƣời lái xe hãm phanh
làm xe chuyển động chậm dần (coi nhƣ đều), khi đó các đại lƣợng nhƣ tốc độ,
động năng và vì thế nên cơ năng của xe giảm dần. Muốn khẳng định xe có đâm
vào vật cản hay không ta cần tính đƣợc quãng đƣờng đi đƣợc S của xe khi đang
hãm phanh bằng bao nhiêu? Điều kiện để xe không đâm vào vật cản là: S < d với
d = 15 m là khoảng cách giữa xe với vật cản khi bắt đầu hãm phanh.
Với điều kiện thực tế thì quãng đƣờng đi đƣợc S‟ phải bằng tổng quãng
đƣờng S0 xe đi trong thời gian t0 và quãng đƣờng S nhƣ trên. Điều kiện để xe
không đâm vào vật cản là: S‟ < d.
* Việc sử dụng công cụ toán h c: có lực hãm làm cho tốc độ chuyển động
của xe giảm dần nên ta sẽ sử dụng định lí biến thiên động năng để tính quãng
đƣờng đi đƣợc của xe trong quá trình hãm phanh, rồi so sánh với khoảng cách
ban đầu từ xe đến vật cản để kết luận bài toán.
Trong thời gian t0 xe chuyển động thẳng đều nên quãng đƣờng đi đƣợc là:
S0 = vt0.
* Lời giải:
a. Đổi đơn vị: 50 km/h = m/s.
+ Giả sử xe không va chạm với vật cản.
+ Áp dụng định lí biến thiên động năng cho chuyển động của xe trong quá
trình từ khi hãm phanh đến khi dừng hẳn ta đƣợc:
59
Ah = ΔWđ = Wđ2 - Wđ1 (1).
+ Với Wđ2 = 0 là động năng khi xe dừng hẳn; Ah = -Fh.S là công của lực
hãm.
+ Vậy biểu thức (1) tƣơng đƣơng: -Fh.S = - m .
+ Thay số tính đƣợc: S 12,86 m.
+ Vì S < d = 15 m nên xe không bị đâm vào vật cản.
b. Quãng đƣờng xe đi đƣợc trong thời gian t0 là: S0 = vt0
6,94 m. thay số tính đƣợc: S0
+ Tổng quãng đƣờng xe đi đƣợc từ lúc phát hiện vật cản đến khi xe dừng
hẳn (giả thiết xe không gặp vật cản) là: S‟ = S0 + S = 19,8 m.
+ Vì S‟ > d = 15 m nên xe sẽ bị đâm vào vật cản.
* Biện luận, đánh giá kết quả: kết quả đầu là trong điều kiện giả thiết
nhƣng trong thực tế luôn có thời gian trễ t0 nhƣ trên. Thời gian t0 lớn hay nhỏ
phụ thuộc độ phản ứng nhanh hay chậm của ngƣời lái. Tuy nhiên, để đảm bảo an
toàn, các phƣơng tiện cần thực hiện đ ng quy định về khoảng cách an toàn tối
thiểu khi lƣu thông trên đƣờng.
* Sáng tạo, phát triển bài toán: trong giao thông có rất nhiều tình huống có
thể xảy ra nên cần hết sức để ý. Ở đây vật cản là cố định nên điều kiện tính toán
đơn giản. Có thể phát triển bài toán với vật cản có thể chuyển động nhƣ các loài
động vật đang đi cùng hoặc ngƣợc chiều với xe. Khi đó yêu cầu tính khoảng
cách mà từ đó xe cần bắt đầu giảm ga và hãm phanh.
Bài 6: Bài viết trên news.zing.vn đƣợc đăng l c 14:12 ngày 30/01/2019 với tiêu
đề “Siêu xe điện Nhật Bản tăng tốc 0-100 km/h trong 1,88 giây”. Khối lƣợng
tổng cộng của khung xe liền khối và thân xe là 1460 kg. Ƣớc tính lực phát động
của động cơ.
60
Hƣớng dẫn giải:
* Phân tích hiện tƣợng vật lí: với các loại xe, lực phát động thƣờng đƣợc
liên kết với các bánh sau tạo momen quay cho bánh sau. Các bánh xe sau tác
động vào mặt đƣờng, dƣới tác dụng của lực ma sát nghỉ giữa bánh xe và mặt
đƣờng sẽ làm xe chuyển động về phía trƣớc. Lực phát động và lực ma sát nghỉ
càng lớn thì thời gian để đạt một vận tốc nào đó càng đƣợc rút ngắn. Tuy nhiên,
trong thực tế ban đầu khi xe khởi động với momen lớn làm tốc độ quay của bánh
xe phát động tăng đột ngột nên thƣờng thì bánh xe sẽ trƣợt trên mặt đƣờng giai
đoạn đầu, khi đó lực phát động lại là lực ma sát trƣợt. Vì hiện tƣợng diễn ra phức
tạp nên ở đây đề bài chỉ yêu cầu ƣớc tính lực phát động mà ở đó ta không quan
tâm xe lực phát động là lực ma sát nghỉ hay trƣợt.
* Việc sử dụng công cụ toán h c: theo công thức về xung lƣợng của lực, ta
có: F = mv2 – mv1, có đầy đủ các thông số ta sẽ tính đƣợc lực phát động của
động cơ.
* Lời giải:
Áp dụng công thức xung lƣợng của lực ta có:
F = mv2 – mv1 => F =
27,78 m/s; = 1,88 s. Ở đây với: m = 1460 kg; v1 = 0; v2 = 100 km/h
Thay số ta đƣợc: F = 21589 N.
* Biện luận, đánh giá kết quả: kết quả tìm đƣợc là một con số ấn tƣợng với
các các hãng công nghệ khi mà lực phát động rất lớn, với thời gian cực ngắn có
thể tạo đƣợc vận tốc lớn. Vấn đề đặt ra là các thiết bị đi kèm của động cơ cũng
phải đảm bảo các điều kiện về chống rung, chịu nhiệt …
61
* Sáng tạo, phát triển bài toán: trong thực tế, các hãng xe đều muốn cải
thiện khả năng tăng tốc của xe, tức là rút ngắn đƣợc thời gian để xe đạt đƣợc
cùng một vận tốc nào đó. Câu hỏi đặt ra là: muốn đƣợc nhƣ vậy, có thể có những
biện pháp nào (khả thi)?
- Gợi ý trả lời: từ công thức xung lƣợng của lực
F = mv2 – mv1 = mv2 (vì v = 0) => = mv2/F. Vậy để rút ngắn thời
gian thì có thể dùng một trong các cách hoặc kết hợp nhiều cách sau:
+ Giảm khối lƣợng của xe: dùng các loại hợp kim cứng, nhẹ.
+ Tăng lực phát động: dùng nhiều xi lanh, cải thiện độ nhám bề mặt lốp
xe.
Bài 7: Bài viết đƣợc đăng l c 17:00, ngày 23/11/2013 trên website genk.vn với
tiêu đề “Siêu pháo bắn viên đạn nặng 7 tấn” đã đề cập đến nhiều loại pháo đƣợc
chế tạo và sử dụng trong chiến tranh thế giới thứ 2. Trong đó có đề cập đến khẩu
pháo tự hành Karl Great với đạn pháo nặng tới 2 tấn, tầm bắn xa 10 km.
Giả sử khi bắn nòng pháo hợp với phƣơng ngang góc 450. Lấy g = 9,81
m/s2. Hãy ƣớc tính tốc độ của đạn khi rời nòng pháo và động năng của nó.
Hƣớng dẫn giải:
* Phân tích hiện tƣợng vật lí: đạn pháo đƣợc bắn đi sẽ chuyển động theo
đặc điểm của chuyển động ném xiên. Trong quá trình chuyển động nó đạt một độ
cao cực đại (với cụ thể một góc bắn) và tầm bắn xa cực đại nào đó. Nếu bỏ qua tác dụng của không khí thì với góc bắn 450 đạn sẽ bay với tầm bắn xa cực đại.
Khi tính đến lực cản không khí thì góc bắn để đạt tầm bắn xa cực đại thay đổi
một ch t, ở đây ch ng ta giả thiết bỏ qua tác dụng của lực cản không khí nên đề
bài chỉ yêu cầu ƣớc tính giá trị của tốc độ đạn khi rời nòng.
62
* Việc sử dụng công cụ toán h c: ta sử dụng các công thức liên quan đến
chuyển động ném xiên và công thức tính động năng để tính tốc độ rời nòng và
động năng của viên đạn pháo.
+ Vận tốc của viên đạn pháo ở thời điểm rời nòng phân tích theo phƣơng
ngang và phƣơng thẳng đứng là: vox = v0cosα; voy = v0sinα.
+ Theo phƣơng ngang ox, viên đạn pháo chuyển động thẳng đều; theo
phƣơng thẳng đứng oy, viên đạn pháo chuyển động biến đổi với gia tốc có độ
lớn g.
+ Thời gian chuyển động của viên đạn pháo: t = .
+ Tầm bắn xa của viên đạn pháo là: L = .
Khi biết đầy đủ các thông số sẽ tính đƣợc v0, từ đó tính đƣợc động năng
của viên đạn.
* Lời giải:
+ Từ công thức tính tầm bắn xa trong chuyển động ném xiên ta có:
313 m/s. v0 = . Thay số đƣợc: v0
+ Động năng của viên đạn khi đó:
Wđ = mv2. Thay số đƣợc: Wđ = 9,8.107 J.
* Biện luận, đánh giá kết quả: kết quả tìm đƣợc là trong điều kiện lí tƣởng
bỏ qua tác dụng của không khí. Trong thực tế chuyển động của các vật luôn chịu
tác dụng của lực cản không khí. Với điều kiện không có gió thì tầm bắn xa nhất ứng với góc nhỏ hơn 450 một chút. Khi có gió thì ngƣời bắn cần căn cứ hƣớng và
tốc độ gió để điều chỉnh hƣớng ngắm bắn cho phù hợp.
63
* Sáng tạo, phát triển bài toán: có thể phát triển bài toán theo hƣớng đặt
các câu hỏi liên quan nhƣ:
+ Có bao nhiêu khẩu pháo nhƣ trên đã đƣợc chế tạo? Hiện nay còn bao
nhiêu khẩu? Ch ng đƣợc lƣu giữ ở những đâu?
+ Tại sao ngày nay không chế tạo những khẩu phảo nhƣ vậy nữa?
+ Xu hƣớng chế tạo vũ khí ngày nay cần đảm bảo các yếu tố nào?
Bài 8: Tìm khối lƣợng của MT của Mặt Trời từ các dữ kiện của Trái đất: khoảng cách tới Mặt Trời r = 1,5.1011 m, chu kỳ quay T = 365.86400 = 3,15.107 s. Cho hằng số hấp dẫn G = 6,67.10-11 Nm2/kg2.
* Phân tích hiện tƣợng vật lí: hiện tƣợng liên quan đến các kết quả quan
sát thiên văn h c đã có từ lâu đời. Chu kỳ quay của Trái Đất quanh Mặt Trời h c
sinh cũng có thể nắm vững, tuy nhiên khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời là
số liệu mà giáo viên cung cấp từ đề bài. H c sinh cần tƣ duy đƣợc sự chuyển
động của Trái Đất quanh Mặt trời để hiểu rõ hai thông số này.
* Việc sử dụng công cụ toán h c: do liên quan đến chuyển động của Trái
Đất quanh Mặt Trời nên ch ng ta nghĩ ngay đến việc sử dụng các Định luật Kê-
ple để giải toán. Với các thông số đầu bài đã cho, ch ng ta sử dụng công thức
của định luật III Kê-ple để giải.
+ Coi chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời gần đ ng là tròn nên gia
tốc là gia tốc hƣớng tâm:
aht =
+ Lực hấp dẫn giữa Mặt Trời và Trái Đất gây ra gia tốc này. Vậy ta có:
Fhd = Mđ.aht
hay:
64
với MT là khối lƣợng Mặt Trời,
suy ra: => MT =
* Lời giải:
+ Từ việc chứng minh công thức ở trên ta có: MT =
+ Thay số: MT =
Kết quả: MT = 2.1030 kg.
* Biện luận, đánh giá kết quả: kết quả tìm đƣợc phù hợp với các đo đạc
thực nghiệm về khối lƣợng Mặt Trời.
* Sáng tạo, phát triển bài toán: đây là bài toán yêu cầu xác định khối lƣợng
Mặt Trời. Từ số liệu này có thể dùng định luật III Kê-ple để xác định đƣợc chu
kỳ hoặc khoảng cách từ các hành tinh đến Mặt trời.
2.4.2.2. Bài tập tự giải
Bài 9: Một vật có khối lƣợng 2 kg đang chuyển động với vận tốc 5 m/s. Hãy
tính:
a. Động lƣợng của vật.
b. Động năng của vật.
Bài 10: Một vật đƣợc thả rơi tự do từ điểm A có độ cao 50 so với mặt đất. Lấy g = 10 m/s2.
a. Ch n gốc thế năng tại mặt đất, chiều dƣơng trục oz hƣớng lên. Tính thế năng
của vật tại vị trí thả.
b. Ch n gốc thế năng tại A, chiều dƣơng trục oz hƣớng lên. Tính thế năng của
vật tại mặt đất.
c. Tính độ cao mà tại đó động năng bằng thế năng.
65
d. Tính vận tốc của vật tại vị trí mà động năng bằng ba lần thế năng.
Bài 11: Một con lắc lò xo treo thẳng đứng gồm vật có khối lƣợng m = 1 kg, lò xo có độ cứng k = 100 N/m. Lấy g = 10 m/s2.
a. Tính độ biến dạng của lò xo khi vật ở vị trí cân bằng.
b. nâng vật lên đến vị trí lò xo không biến dạng rồi thả nhẹ. Tính biên độ dao
động của vật.
c. Ch n gốc thời gian là l c vật qua vị trí cân bằng lần đầu tiên. Ch n trục Ox có
gốc O trùng vị trí cân bằng, chiều dƣơng hƣớng lên. Viết phƣơng trình dao động
của vật.
Bài 12: Một con lắc lò xo gồm vật khối lƣợng m, lò xo độ cứng k nằm ngang.
Vật đang đứng yên ở vị trí cân bằng thì có một vật m‟ = m/2 bay ngang đến với
vận tốc v0 va chạm với vật m d c trục lò xo, theo chiều làm giảm chiều dài của
lò xo. Tính biên độ dao động của vật m ngay sau va chạm trong hai trƣờng hợp:
a. va chạm là hoàn toàn đàn hồi.
b. va chàm mềm.
Bài 13: Một con lắc đơn gồm vật nhỏ khối lƣợng m = 500 g, dây dài l = 1 m. Lấy g = 10 m/s2. Vật đang đứng yên ở vị trí cân bằng thì có vật m‟ = 100 g bay
theo phƣơng ngang với vận tốc v = 5 m/s đến va chạm hoàn toàn đàn hồi với vật
m.
a. Tính vận tốc của vật ngay sau va chạm.
b. Tính biên độ dao động của con lắc sau đó.
Bài 14: Một con lắc đơn gồm vật nhỏ khối lƣợng m, treo vào sợi dây không dãn
chiều dài l. Ngay trên đƣờng thẳng đứng, phía dƣới điểm treo A một đoạn l/2 có
đồng một chiếc đinh sao cho dây vƣớng vào đinh khi dao động. Kéo vật sao cho
dây treo lệch phƣơng thẳng đứng góc α0 rồi thả nhẹ. Giả sử vật luôn dao động
điều hòa.
66
a. Tính chu kỳ dao động của vật.
b. So sánh độ cao cực đại của vật ở hai bên vị trí cân bằng.
c. Tìm góc lớn nhất hợp bởi phƣơng của dây treo với phƣơng thẳng đứng trong
quá trình dây treo con lắc bị vƣớng vào đinh.
Bài 15: Một con lắc đơn gồm vật nặng khối lƣợng m = 1 kg, dây treo không dãn dài 1 m. Lấy g = 10 m/s2. Kéo vật lệch vị trí cân bằng góc 600 rồi thả nhẹ.
a. Tính vận tốc của vật và lực căng của dây treo khi dây treo hợp với phƣơng thẳng đứng góc 300.
b. Tính tốc độ cực đại và lực căng dây cực đại. c. Giả sử khi vật đang qua vị trí dây treo hợp với phƣơng thẳng đứng góc 450 thì
dây treo bị tuột. Hỏi sau đó vật tiếp tục chuyển động nhƣ thế nào?
Bài 16: Một ô tô khách đang chuyển động trên đƣờng với tốc độ 54 km/h. Trong
ô tô có một ngƣời đang đi d c theo thân xe với tốc độ 5,4 km/h. Hỏi động lƣợng
của ngƣời đó đối với mặt đƣờng là bao nhiêu? Xét trong hai trƣờng hợp:
a. Ngƣời đó đi cùng chiều chuyển động của ô tô.
b. Ngƣời đó đi ngƣợc chiều chuyển động của ô tô.
Bài 17: Một quả bóng đang chuyển động theo phƣơng ngang với tốc độ 10 m/s
thì đạp vào bức tƣờng thẳng đứng rồi bật ngƣợc lại với cùng độ lớn vận tốc nhƣ
trƣớc. Biết quả bóng có khối lƣợng 500 g, thời gian va chạm là 0,4 s. Tính độ lớn
lực của tƣờng tác dụng lên quả bóng.
Bài 18: Một viên đạn có khối lƣợng m đang bay ngang với vận tốc 200 m/s thì bị
nổ thành hai mảnh bằng nhau. Mảnh một bay theo phƣơng thẳng đứng xuống
dƣới với vận tốc 200 m/s. Tìm hƣớng bay và tốc độ của mảnh thứ hai?
2.5. Sử dụng hệ thống bài tập
- Hệ thống bài tập đƣợc sử dụng trong thời lƣợng 14 tiết dạy (chỉ áp dụng cho
nhóm thực nghiệm).
67
- Khi sử dụng hệ thống bài tập tôi thực hiện theo từng bƣớc:
+ Làm từ bài tập định tính sang bài tập định lƣợng.
+ Những tiết đầu của mỗi loại bài tập thì phân tích kỹ, khi các em đã quen với
cách tƣ duy có thể đẩy nhanh tốc độ ở các tiết sau.
Bảng 2.1. Lịch và nội dung cụ thể dạy nhóm thực nghiệm
STT Tiết Nội dung
- Hƣớng dẫn giải bài tập định tính từ bài 1 đến bài 6 1 1 - 2 - Giao các bài tập từ 15 đến 17 yêu cầu các em về nhà làm
- Chữa bài tập định lƣợng từ 15 đến 17.
2 3 - 4 - Hƣớng dẫn giải bài tập định tính từ bài 7 đến bài 14
- Giao các bài tập từ 18 đến 22 yêu cầu các em về nhà làm
- Chữa bài tập định tính từ bài 18 đến bài 22
3 5 - 6 - Hƣớng dẫn giải bài tập định lƣợng: bài 1 và bài 2
- Yêu cầu h c sinh về nhà làm bài tập số 9
- Chữa bài tập định lƣợng số 9
4 7 - 8 - Hƣớng dẫn giải bài tập định lƣợng: bài 3, 4 và bài 5
- Yêu cầu h c sinh về nhà làm bài tập số 10, 11
- Chữa bài tập định lƣợng số 10, 11
5 9 - 10 - Hƣớng dẫn giải bài tập định lƣợng: bài 6, 7 và bài 8
- Yêu cầu h c sinh về nhà làm từ bài tập 12 đến 18
- Chữa bài tập định lƣợng từ 12 đến 18
6 11 - 12 - Chữa một số bài tập theo yêu cầu và giải đáp thắc mắc của
h c sinh
7 13 - 14 Kiểm tra
68
Kết luận chƣơng 2
Dựa trên cơ sở lý luận và thực tiễn về phƣơng pháp hƣớng dẫn giải bài tập
Vật lí trung h c phổ thông và bồi dƣ ng h c sinh giỏi đã nghiên cứu ở chƣơng 1,
trong chƣơng 2 ch ng tôi đi xây dựng và hƣớng dẫn sử dụng hệ thống bài tập
chƣơng “Các định luật bảo toàn” nhằm bồi dƣ ng năng lực vận dụng kiến thức
vào thực tiễn cho h c sinh giỏi Vật lí. Trong chƣơng 2 bao gồm các bài tập đinh
tính, bài tập định lƣợng, bài tập có hƣớng dẫn giải và bài tập tự giải. Sau cùng là
việc hƣớng dẫn h c sinh giỏi Vật lí sử dụng hệ thống bài tập để có thể nâng cao
năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho bản thân.
Hƣớng dẫn h c sinh phƣơng pháp phân tích một bài toán Vật lí khó, phức
tạp thành các bài tập nhỏ, đơn giản theo cấp độ tăng dần của tƣ duy. Mỗi bài tập
nhỏ ứng với một chủ đề kiến thức và thuật toán cụ thể, các bài tập nhỏ sẽ đƣợc
giải quyết theo thứ tự tăng dần của mức độ kiến thức và thuật toán. Sau khi hoàn
thành, yêu cầu h c sinh khái quát thành phƣơng pháp tổng hợp để vận dụng đƣợc
cho các bài tiếp theo tƣơng tự. Yêu cầu h c sinh đƣa các kiến thức trong các bài
tập vận dụng vào thực tế trong việc giải thích, tính toán và chế tạo các thiết bị
phục vụ đời sống con ngƣời.
Khi có hệ thống bài tập, tôi hƣớng dẫn h c sinh sử dụng hệ thống một
cách khoa h c để có thể nâng cao đƣợc khả năng vận dụng kiến thức của bản
thân vào cuộc sống.
69
CHƢƠNG 3
THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM
3.1. Mục đích, đối tƣợng, nội dung thực nghiệm sƣ phạm
3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm
Thực nghiệm sƣ phạm nhằm kiểm tra tính đ ng đắn, hiệu quả của giả
thuyết khoa h c mà đề tài đã nêu, nghĩa là: việc xây dựng đƣợc hệ thống bài tập
khó, tổng hợp từ nhiều mảng kiến thức, đặc biệt là kiến thức có thể áp dụng vào
thực tiễn kết hợp với việc hƣớng dẫn sử dụng hệ thống bài tập để có thể bồi
dƣ ng năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi Vật lí trƣờng
THPT Quế Võ số 3.
3.1.2. Đối tƣợng và nội dung thực nghiệm sƣ phạm
3.1.2.1. Đối tượng thực nghiệm sư phạm
Đối tƣợng: 2 nhóm h c sinh thực nghiệm và đối chứng ở trƣờng THPT
Quế Võ số 3 - Huyện Quế Võ - Tỉnh Bắc Ninh.
3.1.2.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
Tôi tổ chức hoạt động dạy h c song song ở cả hai trong cùng khoảng thời
gian, cùng mục tiêu kiến thức nhƣng cách thức tổ chức giảng dạy, tài liệu ở hai
nhóm là khác nhau.
Ở nhóm thực nghiệm: giảng dạy theo phƣơng án và hệ thống bài tập đã
đƣợc xây dựng trong đề tài.
Ở nhóm đối chứng: giảng dạy theo phƣơng pháp và hệ thống bài tập có
sẵn từ trƣớc (truyền thống).
Sau khi hoàn thiện quá trình dạy, tôi đã tiến hành cho hai nhóm làm bài
kiểm tra 90 phút với cùng một đề kiểm tra với mục tiêu nhƣ xác định ban đầu.
Kết thúc thực nghiệm sƣ phạm, tôi tiến hành chấm bài để lấy kết quả và
xử lý kết quả thu đƣợc theo các phƣơng pháp thống kê toán h c.
70
3.1.2.3. Tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
Để đánh giá chính xác kết quả TNSP thì cần phải có những tiêu chí để
đánh giá. Đánh giá năng lực h c sinh theo 4 tiêu chí đã xây dựng ở trên. Từ đó sẽ
thực hiện số hóa điểm của h c sinh về thang điểm 10 để phân tích.
Mức độ Tiêu chí Mức 3 Mức 2 Mức 1
Phát hiện đƣợc - Phát hiện đƣợc vấn đề Phát hiện đƣợc Phát hiện
vấn đề thực thực tiễn. vấn đề thực tiễn. đƣợc vấn đề
tiễn - Chỉ ra đƣợc mâu thuẫn Chỉ ra đƣợc mâu thực tiễn.
trong vấn đề. Đặt đƣợc các thuẫn trong vấn
câu hỏi có vấn đề. đề.
Huy động - Phân tích làm rõ đƣợc - Phân tích làm rõ Phân tích làm
đƣợc kiến thức nội dung vấn đề. đƣợc nội dung rõ đƣợc nội
liên quan đến - Nêu đƣợc các kiến thức vấn đề. dung vấn đề.
vấn đề thực liên quan và thiết lập các - Nêu đƣợc các
tiễn và đề xuất mối quan hệ giữa kiến kiến thức liên
đƣợc giả thức đã h c hoặc kiến quan và thiết lập
thuyết thức cần tìm hiểu với vấn các mối quan hệ
đề thực tiễn. giữa kiến thức đã
- Đề xuất đƣợc giả thuyết h c hoặc kiến
khoa h c thức cần tìm hiểu
với vấn đề thực
tiễn.
Tìm tòi, khám Đề xuất đƣợc một số Đề xuất đƣợc Đề xuất đƣợc
phá kiến thức phƣơng án tìm tòi, khám một số phƣơng án một
71
liên quan đến phá kiến thức chứng minh tìm tòi, khám phá Phƣơng án
thực tiễn giả thuyết. kiến thức chứng tìm tòi, khám
Lựa ch n phƣơng án tối minh giả thuyết. phá kiến thức
chứng minh ƣu và thiết kế kế hoạch
giả thuyết. thực hiện nghiên cứu,
điều tra, khảo sát thực địa,
làm thí nghiệm...để chứng
minh giả thuyết.
Thực hiện giải Thực hiện nghiên cứu, Thực hiện nghiên Bƣớc đầu
quyết vấn đề điều tra, khảo sát thực địa, cứu, điều tra, thực hiện
thực tiễn và có làm thí nghiệm...để chứng khảo sát thực địa, nghiên cứu,
thể đề xuất vấn minh giả thuyết. làm thí nghiệm... điều tra, khảo
đề mới Đề xuất ý tƣởng mới về để chứng minh sát thực địa,
vấn đề thực tiễn đặt ra giả thuyết. làm thí
hoặc các vấn đề thực tiễn nghiệm... để
liên quan. chứng minh
giả thuyết.
3.1.2.4. Thời gian tiến hành thực nghiệm
Tôi tiến hành TNSP từ ngày 04/02/2019 đến ngày 28/02/2019 (năm h c
2018 - 2019) ở trƣờng THPT Quế Võ số 3 - Huyện Quế Võ - Tỉnh Bắc Ninh.
3.2. Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm
Tôi tiến hành dạy ở hai nhóm: nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng song
song, đồng thời theo kế hoạch và hình thức nhƣ trên.
Sau kiểm tra, tôi tiến hành chấm bài kiểm tra ở hai nhóm, rồi phân tích và
xử lý kết quả.
72
3.3. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm
3.3.1. Phân tích định tính
Những điểm chính rút ra từ quá trình TNSP việc xây dựng và hƣớng dẫn
sử dụng hệ thống bài tập “Các định luật bảo toàn” nhằm phát triển năng lực vận
dụng kiến thức vào thực tiễn cho HSG Vật lí nhƣ sau:
- H c sinh đƣợc tiếp cận và làm quen với quy trình giải một bài toán Vật
lí. Qua đó tăng khả năng tƣ duy của h c sinh. Cần biết bóc tách một bài toán lớn
thành các bài toán nhỏ tƣơng ứng với mỗi bƣớc thực hiện để giải một bài toán
Vật lí.
- H c sinh hiểu đƣợc mỗi bài toán Vật lí đều gắn liền với một hiện tƣợng
trong thực tế, vì vậy khi giải một bài tập bất kỳ đều phải tƣ duy để thấy đƣợc
hiện tƣợng trong bài toán. Với mỗi bài toán khi giải xong đều có thể phát triển
lên bằng cách dự đoán các kết quả có thể xảy ra hoặc xây dựng một mô hình mới
trên cơ sở bài toán vừa giải để ra một bài toán tƣơng tự hoặc cao hơn.
- Mỗi bài toán khó đều đƣợc xây dựng từ hiện tƣợng Vật lí khó hoặc công
cụ toán h c khó hoặc cả hai. Đầu tiên, cần phân tích để hiểu đƣợc bản chất Vật lí
trong mỗi bài toán, dự đoán trƣớc kết quả có thể xảy ra phù hợp với thực tiễn
cuộc sống. Xác định rõ kiến thức Vật lí đi kèm trong mỗi hiện tƣợng. Việc giải
các phƣơng trình, hệ phƣơng trình. Với mỗi bài toán đƣa ra cần xác định trƣớc
năng lực cần đạt sau khi giải xong bài tập. Có những bài toán nặng về hiện tƣợng
Vật lí, có những bài lại nhằm mục đích rèn kĩ năng toán h c cho h c sinh.
- Bài tập Vật lí suy cho cùng là đi tìm kết quả của những quy luật thực tế
và quay trở lại áp dụng vào thực tiễn cuộc sống. Đây cũng là bản chất của môn
Vật lí nói chung. M i quy luật vận động của thực tiễn đều đƣợc chi phối bởi một
hay một vài định luật Vật lí nhất định. Vì vậy, việc vận dụng kiến thức vào thực
tiễn là cần thiết hơn bao giờ hết. Hệ thống bài tập đã đáp ứng đƣợc yêu cầu này.
73
3.3.2. Phân tích kết quả định lượng
3.3.2.1. Đề kiểm tra chất lượng
a. Mục tiêu
Đánh giá năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn của h c sinh đã đƣợc
xây dựng và rèn luyện của h c sinh.
b. Cấu trúc và hình thức kiểm tra
Cấu trúc bài kiểm tra bao gồm 1 bài tập định tính và 2 bài tập định lƣợng.
Các bài tập định lƣợng đều yêu cầu h c sinh thể hiện các bƣớc phân tích hiện
tƣợng vật lí, xác định công cụ toán h c cần sử dụng, trình bày lời giải, biện luận
đánh giá kết quả thu đƣợc, phát triển ý tƣởng cho bài toán.
Hình thức kiểm tra: tự luận.
Thời gian làm bài: 90 phút.
3.3.2.2. Kết quả thực nghiệm sư phạm
Bảng 3.1. Bảng thống kê điểm số
Điểm số
Số Nhóm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 HS
Thực 16 0 0 0 0 0 0 0 5 4 5 2 nghiệm
Đối chứng 16 0 0 0 0 0 3 3 3 4 3 0
74
Bảng 3.2. Bảng thống kê học sinh đạt từ điểm xi trở xuống
Tổng số Số % h c sinh đạt từ điểm xi trở xuống
Nhóm HS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Thực 0 0 0 0 0 16 0 31,3 56,3 87,5 100 nghiệm
Đối 16 0 0 0 0 20 40 60 81,3 100 100 chứng
Từ bảng số liệu trên đây ch ng tôi vẽ biểu đồ đƣờng phân bố tần suất và tần
suất lũy tích hội tụ lùi cho nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng.
Biểu đồ 3.1. Đường phân bố tần suất
75
Biểu đồ 3.2. Đường phân bố tần suất lũy tích hội tụ lùi
3.3.2.3. Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm
a. Tính các tham số đặc trƣng
Sau khi kết thúc khâu cho h c sinh làm bài kiểm tra, chúng tôi tiến hành
chấm bài và xử lý kết quả thu đƣợc từ bài kiểm tra theo phƣơng pháp thống kê
toán h c: Tính các tham số đặc trƣng , S2, S, V, vẽ đồ thị phân bố tần suất và
tần suất tích lũy hội tụ lùi.
- Trung bình cộng:
=
Trong đó fi là tần số ứng với điểm số xi, N là tổng số h c sinh tham gia
làm bài kiểm tra.
- Phƣơng sai:
S2 =
76
- Độ lệch chuẩn:
S =
Tham số S2 và S là các tham số đo mức độ phân tán của các số liệu quanh
giá trị trung bình cộng. S càng nhỏ chứng tỏ số liệu càng ít phân tán.
- Hệ số biến thiên V cho biết mức độ phân tán của các giá trị xi xung
quanh giá trị trung bình cộng đƣợc xác định theo công thức:
- Tần suất wi và tần suất tích lũy hội tụ lùi
. + Tần suất wi =
+ Tần suất tích lũy hội tụ lùi: w =
Bảng 3.3. Bảng các tham số thống kê
Nhóm Tổng số HS S2 S V%
Đối chứng 16 7,06 2.06 1,4361 20,34%
Thực nghiệm 16 8,25 1,1586 1,0764 13,05%
b. Đánh giá kết quả
Từ bảng các tham số thống kê và đồ thị đƣờng phân bố tần suất lũy tích
hội tụ lùi, ta nhận thấy:
- Điểm trung bình cộng của nhóm thực nghiệm (8,25) cao hơn nhóm đối
chứng (7,06).
- Độ lệch chuẩn và hệ số biến thiên giá trị điểm số của nhóm thực nghiệm
(13,05%) nhỏ hơn nhóm đối chứng (20,34%). Điều này chứng tỏ độ phân tán về
77
điểm số quanh điểm số trung bình của nhóm thực nghiệm là nhỏ hơn lớp đối
chứng.
- Đƣờng tần suất lũy tích hội tụ lùi ứng với lớp thực nghiệm nằm bên phải
và ở phía dƣới của nhóm đối chứng.
Từ các kết quả trên, ta có thể kết luận: chất lƣợng nắm vững và vận dụng
kiến thức của h c sinh ở nhóm thực nghiệm tốt hơn h c sinh ở nhóm đối chứng.
3.4. Hiệu quả của việc sử dụng hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn
trong việc phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh
giỏi Vật lí
Trong quá trình tiến hành thực nghiệm ở lớp đối chứng và lớp thực
nghiệm, tôi nhận thấy rằng:
Với cách thức tổ chức mới để giải các bài toán khó, phức tạp đã thu đƣợc
một số kết quả nhƣ sau: Các em tích cực chủ động tham gia xây dựng bài và chủ
động đƣa ra ý kiến của mình; Tƣ duy vật lí, tƣ duy lí luận của h c sinh đƣợc phát
triển ; Khả năng vận dụng lý thuyết vào việc giải bài tập đƣợc nâng cao rõ rệt;
Kỹ năng quan sát, phân tích của h c sinh đối với các hiện tƣợng vật lí đƣợc nâng
cao; Với kinh nghiệm bồi dƣ ng HSG Vật lí của bản thân, tôi thấy các em đƣợc
ch n đi thi HSG cấp Tỉnh và đều đạt giải đa số là các em trong nhóm thực
nghiệm.
Điểm trung bình ở nhóm thực nghiệm cao hơn ở nhóm đối chứng. Số h c
sinh đạt điểm khá giỏi ở các nhóm thực nghiệm cao hơn nhóm đối chứng và tỷ lệ
h c sinh đạt điểm trung bình của các nhóm thực nghiệm thấp hơn nhóm đối
chứng.
Đồ thị đƣờng các lũy tích về tỉ lệ h c sinh đạt dƣới điểm xi của nhóm thực
nghiệm nằm về bên phải và phía dƣới đồ thị các đƣờng lũy tích tƣơng ứng của
nhóm đối chứng, điều đó chứng tỏ kết quả h c tập của nhóm thực nghiệm tốt
78
hơn lớp đối chứng. Về hệ số biến thiên V của nhóm thực nghiệm cũng nhỏ hơn
các nhóm đối chứng, điều đó chứng tỏ mức độ phân tán quanh giá trị trung bình
cộng của nhóm thực nghiệm nhỏ hơn, nghĩa là chất lƣợng của các nhóm thực
nghiệm đồng đều hơn, ổn định hơn so với nhóm đối chứng.
Từ các kết quả thu đƣợc bƣớc đầu, ta có thể thấy việc sử dụng hệ thống
các bài tập và hƣớng dẫn giải các bài tập vật lí trong quá trình bồi dƣ ng HSG
cho h c sinh nhóm thực nghiệm đã mang lại hiệu quả cao trong việc bồi dƣ ng
h c sinh giỏi ở trƣờng THPT Quế Võ số 3.
Kết luận chƣơng 3
Sau khi xác định đƣợc mục đích, đối tƣợng, phƣơng pháp TNSP, tôi tiến
hành TNSP đề tài tại trƣờng THPT Quế Võ số 3, huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh,
kết quả TNSP cho thấy việc xây dựng và hƣớng dẫn sử dụng hệ thống bài tập
“Các định luật bảo toàn” nhằm bồi dƣ ng năng lực vận dụng kiến thức vào thực
tiễn cho h c sinh giỏi Vật lí ở THPT có tính khả thi cao trong quá trình bồi
dƣ ng h c sinh giỏi. Đƣợc thể hiện qua một số mặt nhƣ sau:
- Đa số h c sinh ở lớp thực nghiêm tích cực tham gia xây dựng bài, cảm
thấy việc giải một bài tập khó, phức tạp trở nên đơn giản với phƣơng pháp phân
tích các bài toán khó, phức tạp thành các bài cơ bản đã biết.
- Năng lực tƣ duy đƣợc phát triển, kỹ năng giải bài tập vật lý đƣợc nâng
cao, kích thích đƣợc lòng say mê vật lý và chinh phục những bài tập khó của h c
sinh giỏi.
Trong phạm vi khuôn khổ của luận văn thạc sĩ, do thời gian thực nghiệm
có giới hạn, mẫu thực nghiệm còn nhỏ nên đề tài chỉ minh chứng trong phạm vi
hẹp. Để đề tài thành công trong phạm vi rộng hơn cần phải tiến hành thực
nghiệm trên nhiều đối tƣợng h c sinh giỏi hơn, thực hiện nhiều bài kiểm tra đánh
79
giá hơn, từ đó điều chỉnh và bổ sung hệ thống bài tập sao cho phù hợp và đạt
hiệu quả cao hơn trong bồi dƣ ng HSG.
80
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
1. Kết luận
Căn cứ vào mục đích, nhiệm vụ của đề tài, qua kết quả nghiên cứu lý luận,
thực tiễn và thực nghiệm sƣ phạm, bƣớc đầu ch ng tôi đã khẳng định tính đ ng
đắn của giả thuyết khoa h c nêu ra của luận văn và r t ra một số kết luận nhƣ
sau:
1. Trong chƣơng 1, luận văn trình bày cơ sở lý luận và thực tiễn của vấn
đề bồi dƣ ng h c sinh giỏi và h c sinh giỏi vật lí trung h c phổ thông và bồi
dƣ ng h c sinh giỏi thông, tìm hiểu về bài tập Vật lí và sử dụng bài tập vật lí
trong dạy h c ở trƣờng THPT, tìm hiểu tình hình thực tế trong công tác bồi
dƣ ng h c sinh giỏi ở trƣờng THPT Quế Võ số 3.
Qua việc xây dựng cơ sở lý luận và thực tiễn về phƣơng pháp hƣớng dẫn
giải bài tập vật lí trung h c phổ thông và bồi dƣ ng h c sinh giỏi, tôi nhận thấy
để nâng cao chất lƣợng bồi dƣ ng h c sinh giỏi thì việc xây dựng hệ thống bài
tập và hƣớng dẫn hoạt động giải bài tập theo một phƣơng pháp phù hợp là hết
sức quan trong.
2. Vận dụng cơ sở lý luận và thực tiễn về phƣơng pháp hƣớng dẫn giải bài
tập vật lí trung h c phổ thông và bồi dƣ ng h c sinh giỏi đã nghiên cứu ở
chƣơng 1, trong chƣơng 2 ch ng tôi đi xây dựng và hƣớng dẫn sử dụng hệ thống
bài tập Các định luật bảo toàn. Hệ thống gồm 22 bài định tính và 18 bài định
lƣợng ở mức độ khó, phức tạp, tổng hợp từ nhiều mảng kiến thức trong đó đề
cập chủ yếu đến yếu tố thực tiễn của hiện tƣợng trong đề bài.
3. Trong quá trình tiến hành TNSP ở lớp thực nghiệm và lớp đối chứng,
tôi nhận thấy việc xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập “Các định luật bảo toàn”
có tính khả thi cao trong việc phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực
tiễn cho h c sinh giỏi vật lí.
81
4. Tuy nhiên qua quá trình nghiên cứu đề tài, ch ng tôi cũng nhận thấy, đề
tài này còn một số điểm cần khắc phục nhƣ sau:
- Sau khi tiến hành TNSP, giáo viên cần tổ chức thêm giờ tự h c để các
h c sinh trao đổi và giải đáp cho nhau những bài tập đƣợc giao về nhà trong hệ
thống bài tập mà một số bạn chƣa thực sự làm tốt và thông hiểu. Làm nhƣ vậy
các bạn giỏi hơn sẽ có cơ hội thể hiện năng lực trình bày, phân tích của mình tốt
hơn, tự tin hơn, đồng thời các bạn chậm hơn sẽ hiểu rõ hơn vấn đề cần đạt đƣợc.
- Trong phạm vi khuôn khổ của luận văn thạc sĩ, do thời gian thực nghiệm
có giới hạn, mẫu thực nghiệm còn nhỏ, nếu đƣợc tiến hành trên hệ rộng hơn,
thực hiện ở nhiều nhóm có đặc điểm tƣơng tự sẽ đánh giá khách quan và chính
xác hơn giả thuyết của đề tài.
2. Khuyến nghị
Việc xây dựng hệ thống bài tập và hƣớng dẫn giải các bài tập chƣơng
“Các định luật bảo toàn” đƣợc đề cập trong luận văn có thể áp dụng đối với hầu
hết các kiến thức Vật lí trong chƣơng trình h c ở các trƣờng THPT hiện nay
nhằm nâng cao hiệu quả trong việc dạy h c và công tác bồi dƣ ng h c sinh giỏi
Vật lí.
Chúng tôi hy v ng rằng: Đề tài này sẽ góp phần vào việc đổi mới phƣơng
pháp dạy h c ở trƣờng THPT và công tác bồi dƣ ng h c sinh giỏi Vật lí.
Ch ng tôi cũng rất mong đƣợc các thầy cô trong trƣờng THPT, các nhà sƣ
phạm và các giáo viên Vật lí góp ý kiến cho đề tài của chúng tôi hoàn thiện hơn
nữa, tạo điều kiện cho chúng tôi mở rộng sang phần nội dung khác trong chƣơng
trình Vật lí phổ thông, góp phần nâng cao chất lƣợng dạy h c Vật lí nói chung và
công tác bồi dƣ ng h c sinh giỏi vật lí THPT nói riêng trong giai đoạn hiện nay.
82