Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Xây dựng thí nghiệm sử dụng trong giảng dạy chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn - Vật lí 10 Trung học phổ thông

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:48

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu sáng kiến "Xây dựng thí nghiệm sử dụng trong giảng dạy chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn - Vật lí 10 Trung học phổ thông" nhằm thiết kế, chế tạo các thí nghiệm đơn giản và đề xuất tiến trình sử dụng chúng theo hướng bồi dưỡng năng lực nhận thức cho học sinh, nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” Vật lí 10 Trung học phổ thông.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Xây dựng thí nghiệm sử dụng trong giảng dạy chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn - Vật lí 10 Trung học phổ thông

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHƯƠNG CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN – VẬT LÝ 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG MÔN: VẬT LÍ Năm học 2021-2022
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG PT HERMAN GMEINER VINH SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHƯƠNG CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN – VẬT LÝ 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG MÔN: VẬT LÍ TÁC GIẢ: NGUYỄN THỊ NGỌC MAI TỔ: LÝ – HÓA - SINH Năm học 2021-2022
MỤC LỤC PHẦN 1.MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1 1.1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1 1.2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................... 1 1.3. Phạm vi của đề tài .............................................................................................. 1 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................... 1 1.5.Tính mới của đề tài .............................................................................................. 1 PHẦN 2.NỘI DUNG ............................................................................................... 2 CHƢƠNG 1. CƠ SỞ CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ .................................................................................. 2 1.1. Cơ sở lí luận. ...................................................................................................... 2 1.1.1. Khái niệm thí nghiệm và thí nghiệm tự tạo trong Vật lí. ................................ 2 1.1.2. Đặc điểm của thí nghiệm trong dạy học Vật lí. .............................................. 2 1.1.3. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trƣờng Trung học phổ thông. ........ 2 1.1.4. Các loại thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trƣờng Trung học phổ thông. ................ 3 1.1.5. Các yêu cầu khi sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trƣờng Trung học phổ thông. .................................................................................................................. 4 1. 2. Cơ sở thực tiễn .................................................................................................. 4 1.2.1. Ƣu điểm của thí nghiệm tự tạo. ....................................................................... 4 1.2.2. Vai trò của thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lí ở trƣờng Trung học phổ thông. ......................................................................................................................... 5 1.2.3. Yêu cầu khi xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lí ở trƣờng Trung học phổ thông. .................................................................................... 6 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHƢƠNG CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN – VẬT LÝ 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG ................................................................................. 7 2.1. Xây dựng thí nghiệm trong dạy học chƣơng “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”, Vật lí 10 trung học phổ thông............................................................................ 7 2.1.1. Thí nghiệm 1: Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực ..................... 7 2.1.2. Thí nghiệm 2: Xác định trọng tâm của một vật. ............................................. 7 2.1.3. Thí nghiệm 3: Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực ........ 8 2.1.4. Thí nghiệm 4: Các dạng cân bằng. ................................................................ 10
2.1.5. Thí nghiệm 5: Cân bằng của một vật có mặt chân đế. .................................. 10 2.2. Sử dụng thí nghiệm trong dạy học chƣơng “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”, Vật lí 10 trung học phổ thông.......................................................................... 11 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM .............................................................................. 26 3.1. Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm ...................................................... 26 3.2. Đối tƣợng và phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm ........................................... 26 3.2.1. Đối tƣợng....................................................................................................... 26 3.2.2. Phƣơng pháp thực nghiệm. ........................................................................... 26 3.3. Nội dung thực nghiệm sƣ phạm ....................................................................... 27 3.4. Diễn biến thực nghiệm sƣ phạm ...................................................................... 27 3.5. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm.......................................................................... 28 3.5.1. Xử lí kết quả thực nghiệm sƣ phạm. ............................................................. 28 3.5.2. Phân tích các tham số thống kê đặc trƣng. .................................................... 29 3.5.3. Nhận xét. ....................................................................................................... 30 PHẦN 3. KẾT LUẬN. ........................................................................................... 32 1.1. Đóng góp của đề tài .......................................................................................... 32 1.1.1. Về mặt lý luận. .............................................................................................. 32 1.1.2. Về mặt thực tiễn. ........................................................................................... 32 1.2. Một số kiến nghị, đề xuất ................................................................................. 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 33 PHỤ LỤC ............................................................................................................... 34
PHẦN 1.MỞ ĐẦU 1.1. Lý do chọn đề tài Vật lí là môn học khoa học cơ bản, là cơ sở chung của khoa học và công nghệ. Trong Vật lí, các hiện tƣợng của tự nhiên đƣợc nghiên cứu bằng phƣơng pháp luận chính xác nhất dựa trên nền tảng của thực nghiệm và toán học. Để có tƣ duy khoa học tốt môn Vật lí, cần nhiều yếu tố kết hợp giữa lí thuyết và thực hành. Bên cạnh đó, xu hƣớng tập trung nghiên cứu thí nghiệm đơn giản, thí nghiệm tự tạo cũng đƣợc quan tâm từ lâu. Hiện nay, rất nhiều Sở Giáo dục Đào tạo ở các tỉnh quan tâm đến việc tự chế tạo thí nghiệm sử dụng trong quá trình dạy học môn Vật lí thông qua việc tổ chức các hội thi thƣờng niên về thiết kế đồ dùng học tập. Việc làm này đã khuyến khích các giáo viên tích cực nỗ lực nâng cao hiệu quả dạy học. Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, do đó hầu hết các kiến thức vật lí đều đƣợc rút ra từ những quan sát và thực nghiệm. Tuy nhiên, thực tế cho thấy việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông gặp khá nhiều khó khăn, do nhiều nguyên nhân gây nên. Để có thể khắc phục một phần những khó khăn đang gặp phải, rất nhiều giáo viên đã tâm huyết nâng cao chất lƣợng dạy học bằng cách sử dụng các thí nghiệm tự tạo vào dạy học vật lí. Do đó tôi chọn đề tài “ Xây dựng thí nghiệm sử dụng trong giảng dạy chƣơng Cân bằng và chuyển động của vật rắn - Vật lí 10 Trung học phổ thông”. 1.2. Mục đích nghiên cứu Thiết kế, chế tạo các thí nghiệm đơn giản và đề xuất tiến trình sử dụng chúng theo hƣớng bồi dƣỡng năng lực nhận thức cho học sinh, nhằm góp phần nâng cao chất lƣợng dạy học chƣơng “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” Vật lí 10 Trung học phổ thông. 1.3. Phạm vi của đề tài Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí chƣơng III “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”, Vật lí lớp 10 ở trƣờng Trung học phổ thông. 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí luận và thực tiễn, khảo sát thực tế nhằm đánh giá sơ bộ tình hình dạy và học thí nghiệm chƣơng “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”, Vật lí 10 ở trƣờng Trung học phổ thông - Phân tích, thống kê, tổng hợp dựa trên cơ sở kết quả nghiên cứu. Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm theo kế hoạch. Phân tích kết quả thực nghiệm sƣ phạm và đối chiếu với mục đích đã đề ra. 1.5.Tính mới của đề tài Đề tài đƣa ra đƣợc một số tiến trình dạy học theo quy trình thiết kế, chế tạo và sử dụng thí nghiệm trong dạy học chƣơng “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”, Vật lí 10 ở trƣờng Trung học phổ thông nhằm nâng cao hiệu của và chất lƣợng dạy học. 1
PHẦN 2.NỘI DUNG CHƢƠNG 1. CƠ SỞ CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1. Cơ sở lí luận. 1.1.1. Khái niệm thí nghiệm và thí nghiệm tự tạo trong Vật lí. - Về thí nghiệm Vật lí nói chung: Thí nghiệm Vật Lí là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con ngƣời vào các đối tƣợng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu đƣợc tri thức mới. - Về thí nghiệm tự tạo nói riêng: Thí nghiệm tự tạo có thể là thí nghiệm định tính hoặc định lƣợng đi từ đơn giản đến phức tạp, đƣợc xây dựng từ những vật liệu, dụng cụ phổ biến trong đời sống hằng ngày và phƣơng tiện chính tạo ra thí nghiệm là bằng tay. Thí nghiệm tự tạo đƣợc sử dụng ngay trong quá trình dạy học. Thí nghiệm tự tạo có thể là thí nghiệm theo mẫu trong SGK, có thể là cải tiến một thí nghiệm nào đó có sẵn hoặc là tự tạo một thí nghiệm mới trong dạy học. 1.1.2. Đặc điểm của thí nghiệm trong dạy học Vật lí. Thí nghiệm trong dạy học Vật Lí có một số đặc điểm nhƣ sau: + Thí nghiệm phải đƣợc lựa chọn và thiết lập có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm có thể trả lời đƣợc các câu hỏi đã nêu ra, có thể kiểm tra đƣợc giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết. Cần xác định rõ ba yếu tố cấu thành của thí nghiệm: đối tƣợng nghiên cứu, phƣơng tiện tác động lên đối tƣợng cần nghiên cứu và phƣơng tiện để quan sát, đo đạc để thu nhận kết quả. + Trong khi các đại lƣợng khác đƣợc giữ không đổi, có thể làm biến đổi đƣợc các điều kiện của thí nghiệm để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lƣợng. + Khống chế, kiểm soát các điều kiện của thí nghiệm đúng nhƣ dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thƣờng xuyên các yếu tố của đối tƣợng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hƣởng của các tính chất, các mối quan hệ không đƣợc quan tâm. + Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là tính có thể quan sát đƣợc các biến đổi của đại lƣợng nào đó do sự biến đổi của các đại lƣợng khác. Điều này đạt đƣợc nhờ các giác quan của con ngƣời và sự hỗ trợ của các phƣơng tiện quan sát, đo đạc. + Có thể lặp lại đƣợc thí nghiệm. 1.1.3. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trƣờng Trung học phổ thông. - Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức: Trong dạy học Vật Lí, thí nghiệm nhƣ là một công cụ giúp cho học sinh nhìn nhận, phân tích đƣợc thực 2
tại khách quan, từ đó thu nhận đƣợc các kiến thức khoa học của đối tƣợng đƣợc nghiên cứu. Khi học sinh còn chƣa biết hay biết quá ít về các quá trình, hiện tƣợng cần nghiên cứu thì thí nghiệm đƣợc sử dụng để cung cấp cho học sinh những dữ liệu cảm tính (biểu tƣợng, số liệu đo đạc, hiện tƣợng xảy ra…) đầu tiên về đối tƣợng cần nghiên cứu. học sinh hoàn toàn có thể thông qua thí nghiệm để trả lời những câu hỏi về hiện tƣợng quan sát đƣợc, hay những sự đặc biệt về số liệu đo đạc… Từ đó, học sinh bƣớc đầu đã có thể đƣa ra đƣợc những giả thuyết, tạo tiền đề, cơ sở cho việc khái quát hóa về quá trình, hiện tƣợng đó. - Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu được: Thực tế cho thấy, việc sử dụng thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của lí thuyết, không những làm tăng cƣờng tính tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh mà còn tạo đƣợc niềm tin về kiến thức mà học sinh đã lĩnh hội. - Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn: Việc sử dụng thí nghiệm không những giúp học sinh nhìn nhận đƣợc một cách trực quan nhất về sự vận dụng tri thức lý thuyết vào thực tiễn mà còn cho học sinh kiểm chứng đƣợc tính đúng đắn của tri thức đó. Chính vì vậy có thể thấy đƣợc rằng thí nghiệm cơ bản vừa dẫn đến hình thành lý thuyết vật lí mới và bên cạnh đó còn làm xuất hiện nhiều ngành kỹ thuật mới. - Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí: Ở trƣờng phổ thông, phƣơng pháp nhận thức vật lí đƣợc sử dụng phổ biến nhất đó là: phƣơng pháp thực nghiệm và phƣơng pháp mô hình. Đối với cả hai phƣơng pháp nhận thức vật lí này, thí nghiệm đóng một vai trò vô cùng quan trọng. 1.1.4. Các loại thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trƣờng Trung học phổ thông. Thí nghiệm vật lí đƣợc phân loại theo nhiều cách khác nhau. Tuy nhiên cách phân loại phổ biến và đƣợc nói đến nhiều nhất đó là phân thành 2 loại chính: + Thí nghiệm biểu diễn: Thí nghiệm biểu diễn là thí nghiệm do giáo viên trình bày trên lớp. Thí nghiệm biểu diễn có thể đƣợc giáo viên sử dụng để khởi động ngay từ hoạt động đầu tiên trong tiến trình dạy học, hoặc cũng có thể sử dụng để xây dựng kiến thức mới, kiểm chứng, củng cố hay luyện tập. Thông qua thí nghiệm biểu diễn để dẫn dắt học sinh giải quyết vấn đề đƣợc đặt ra hay để minh họa và kiểm tra tính đúng đắn của một tri thức nào đó. + Thí nghiệm thực tập: Thí nghiệm thực tập là thí nghiệm do học sinh tiến hành ở nhà hoặc trên lớp tùy theo từng mức độ tự lực khác nhau. 3
Trong đó đƣợc phân loại thành từng dạng thí nghiệm nhỏ theo sơ đồ hình 1.1 Thí nghiệm vật lí Thí nghiệm Thí nghiệm biểu diễn thực tập Thí Thí nghiệm Thí Thí Thí nghiệm Thí nghiệm nghiệm mở nghiên cƣu nghiệm nghiệm thực hành và quan sát đầu hiện tƣợng củng cố trực diện vật lí ở nhà mới của học sinh Hình 1.1. Sơ đồ phân loại các dạng thí nghiệm trong dạy học Vật lí 1.1.5. Các yêu cầu khi sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trƣờng Trung học phổ thông. Để phát huy đƣợc triệt để chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lí thì khi sử dụng thí nghiệm buộc phải tuân theo một số yêu cầu nhất định. - Xác định rõ tiến trình dạy học, trong đó việc tiến hành thí nghiệm đƣợc thực hiện ở khâu nào, nhằm mục đích gì ? - Xác định rõ các dụng cụ cần sử dụng, cách sắp xếp lắp đặt, cách tiến hành thí nghiệm (với mục đích thí nghiệm đã đề ra, chúng ta cần quan sát đƣợc hay đo đạc cái gì, theo đó thì cần sử dụng các dụng cụ nào, sắp xếp ra sao, tiến hành nhƣ thế nào?). - Giáo viên cần chuẩn bị kĩ càng, đảm bảo thí nghiệm phải thành công (quan sát đƣợc hiện tƣợng, số liệu đo đạc có độ chính xác cao). - Đảm bảo tuân thủ theo những quy tắc và kỹ thuật an toàn khi sử dụng dụng cụ và tiến hành thí nghiệm. 1. 2. Cơ sở thực tiễn 1.2.1. Ƣu điểm của thí nghiệm tự tạo. + Dễ chế tạo: dụng cụ thí nghiệm đơn giản, dễ tìm kiếm, dể thiết kế, giáo viên có thể tự chế tạo mà không cần kĩ năng phức tạp. + Thí nghiệm không tốn nhiều thời gian nhƣng dễ thành công, cho kết quả rõ ràng, thuyết phục, gần gũi với đời sống hằng ngày. + Không đòi hỏi khắt khe về kĩ năng lắp ráp hay tiến hành thí nghiệm cũng nhƣ không đòi hỏi về cơ sở vật chất, nguyên vật liệu nên hoàn toàn thuận lợi và dễ dàng trong quá trình chế tạo và sử dụng của giáo viên. 4
+ Thí nghiệm đơn giản dễ dàng vận chuyển, đảm bảo an toàn trong chế tạo hay trong quá trình thực hiện. + Phát huy đƣợc tính sáng tạo và kích thích đƣợc hứng thú học tập của học sinh. 1.2.2. Vai trò của thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lí ở trƣờng Trung học phổ thông. - Kích thích hứng thú học tập của học sinh: Việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm vào tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh là một trong những phƣơng tiện rất có hiểu quả để kích thích hứng thú học tập của học sinh. Thí nghiệm tự tạo thƣờng là thí nghiệm đơn giản, ngắn gọn, nhừn lại cho kết quả trái với dự đoán của nhiều học sinh vì vậy sẽ gây ra cho các em sự bất ngờ, nó tác động trực tiếp vào tính tò mò, hiếu kì, hiếu động của học sinh, qua đó kích thích đƣợc hứng thú học tập của học sinh đối với bộ môn vật lí. - Phát huy tính tự lực, sáng tạo, tích cực hóa hoạt động học tập của học sinh: Để có thể hoàn thành đƣợc nhiệm vụ học sinh phải vận dụng các kiến thức đã thu nhận vào thực tiễn thông qua việc đề xuất và lựa chọn phƣơng án thí nghiệm phù hợp, dựa trên phƣơng án đã chọn học sinh tiếp tục phải tìm kiếm dụng cụ, vật liệu cần thiết, sau đó tự mình gia công, chế tạo, lắp ráp những dụng cụ đó để tiền hành và giải thích hiện tƣợng thí nghiệm. Chính vì vậy mà hình thành đƣợc cho học sinh tính tự lực, năng động, sáng tạo. Bên cạnh đó, các hoạt động này đã góp phần vào việc phát huy tính tích cực trong hoạt động nhận thức và kỹ năng thực hành thí nghiệm cho các em, kích thích sự tò mò hứng thú tìm hiểu và đặc biệt là độ ti tƣởng của các em vào kiến thức vật lí. Mặt khác chúng ta có thể nhận thấy rằng, số lƣợng trang thiết bị có sẵn tại các trƣờng phổ thông hiện nay còn chƣa đầy đủ về số lƣợng cũng nhƣ chƣa hoàn toàn đảm bảo về chất lƣợng để đáp ứng hết nhu cầu sử dụng. Do đó việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lí là rất cần thiết. Nó giúp cho việc tổ chức dạy học trở nên đơn giản, thuận tiện và hiều quả hơn. Ngoài ra, giáo viên sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học sẽ chủ động hơn trong quá trình lựa chọn, thiết kế và tổ chức dạy học ở nhiều bƣớc. Ví dụ nhƣ đặt vấn đề, hình thành hoặc kiểm chứng kiến thức mới; củng cố, luyện tập và mở rộng kiến thức; kiểm tra, đánh giá trình độ nhận thức và kỹ năng của học sinh. - Rèn luyện kĩ năng thực hành thí nghiệm của học sinh: Một trong những phƣơng tiện quan trọng trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh chính là thí nghiệm bởi vật lí có mối quan hệ rất chặt chẽ với kỹ năng thực hành. Việc sử dụng thí nghiệm tự tạo đòi hỏi tính tự lực cao ở học sinh, qua đó nâng cao một số kỹ năng thực hành cho học sinh nhƣ: + Kỹ năng đề xuất phƣơng án thí nghiệm. + Kỹ năng chế tạo dụng cụ thí nghiệm. + Kỹ năng lắp ráp thí nghiệm. + Kỹ năng tiến hành thí nghiệm. + Kỹ năng xử lý kết quả. 5
1.2.3. Yêu cầu khi xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lí ở trƣờng Trung học phổ thông. - Yêu cầu khi xây dựng thí nghiệm đơn giản. + Về mặt khoa học: Đảm bảo thành công khi tiến hành thí nghiệm, quan sát đƣợc rõ hiện tƣợng, đúng bản chất vật lí. Cấu tạo gọn, nhẹ, thuận tiện trong quá trình lắp ráp, bố trí, tiến hành thí nghiệm và đảm bảo độ an toàn trong quá trình vận chuyển hay sử dụng. + Về mặt sư phạm: Không yêu cầu bắt buộc sử dụng thí nghiệm tự tạo trong quá trình cụ thể nào, việc lựa chọn giai đoạn tùy thuộc vào nội dung bài học. Tuy nhiên, kết quả phải gắn liền với nội dung bài học. + Về mặt thẩm mĩ: Đảm bảo kích thƣớc đủ lớn để HS quan sát dễ dàng, lựa chọn màu sắc, hình dạng thích hợp và đặc biệt làm nổi bật bộ phận quan trọng. + Về mặt kinh tế: thí nghiệm tự tạo đơn giản phải đƣợc xây dựng đảm bảo giá thành phù hợp, không quá cao. Ƣu tiên sử dụng các nguyên vật liệu đơn giản, dễ kiếm và quen thuộc trong đời sống hằng ngày hoặc có thể tận dụng từ những linh kiện hỏng hóc. - Yêu cầu khi sử dụng thí nghiệm đơn giản. + Trƣớc khi tiến hành thí nghiệm cần phải xác định đƣợc chúng ta sử dụng thí nghiệm với mục đích gì, và sử dụng nó trong giai đoạn nào. Cần xây dựng một tiến trình dạy học có logic chặt chẽ, trong đó việc sử dụng thí nghiệm phải là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức. + Định hƣớng trƣớc cho học sinh vào những hiện tƣợng trọng tâm cần quan sát trƣớc khi tiến hành một thí nghiệm. Đối với những thí nghiệm định lƣợng, bắt buộc học sinh phải chuẩn bị trƣớc bảng thống kê các giá trị đo, kết quả thí nghiệm phải thống kê trung thực, chính xác, xử lí và rút ra kết luận . Đối với thí nghiệm định tính, học sinh phải quan sát kỹ, trình bày các kết quả quan sát đƣợc và vận dụng kiến thức mới vào giải thích hiện tƣợng. + Xác định rõ thí nghiệm cần sử dụng những dụng cụ gì, lắp ráp ra sao và các bƣớc tiến hành thí nghiệm nhƣ thế nào. + Kiểm tra các dụng cụ thí nghiệm trƣớc giờ học một cách cẩn thận, làm thử TN nhiều lần để đảm bảo thành công khi thực hiện thí nghiệm trên lớp và kịp thời chuẩn bị những phƣơng án dự phòng. + Khi sử dụng các thí nghiệm vào tố chức hoạt động dạy học phải đảm bảo an toàn cho học sinh. - Phƣơng án sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lí + Sử dụng thí nghiệm tự tạo trong giai đoạn đề xuất vấn đề + Sử dụng thí nghiệm tự tạo trong giai đoạn giải quyết vấn đề + Sử dụng thí nghiệm tự tạo trong giai đoạn củng cố, vận dụng kiến thức 6
CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG GIẢNG DẠY CHƢƠNG CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN – VẬT LÝ 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 2.1. Xây dựng thí nghiệm trong dạy học chƣơng “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”, Vật lí 10 trung học phổ thông 2.1.1. Thí nghiệm 1: Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực - Mục đích: khảo sát bằng thực nghiệm điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực. - Dụng cụ : Bìa cứng và nhẹ, hai ròng rọc, hai sợi dây, một số quả nặng. - Tiến hành: (hình 2.1) Móc 2 sợi dây vào 2 điểm bất kì của tấm bìa cứng, lần lƣợt treo quả nặng vào đầu còn lại của 2 sợi dây, quan sát đặc điểm của hai lực khi vật rắn ở trạng thái cân bằng. Hình 2.1 - Kết luận: Một vật chịu tác dụng của hai lực nằm cân bằng khi hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngƣợc chiều (hai lực trực đối). 2.1.2. Thí nghiệm 2: Xác định trọng tâm của một vật. - Mục đích: Khảo sát bằng thực nghiệm cách xác định trọng tâm G của một vật mỏng phẳng. - Dụng cụ : Một chân đế, một thanh trụ, một gia trọng, một sợi dây, những tấm phẳng có hình dạng bất kỳ và có hình dạng đặc biệt (hình chữ nhật, hình vuông, hình tròn, vành tròn). - Tiến hành: + Bƣớc 1: Buộc dây vào một điểm A trên vật rồi treo lên. Vẽ đƣờng AB đi qua sợi dây. + Bƣớc 2: Buộc dây vào một điểm C, tƣơng tự vẽ một đƣờng CD đi qua sợi dây. - Kết luận: Giao điểm của hai đƣờng AB và CD là trọng tâm của vật. 7
Hình 2.2 2.1.3. Thí nghiệm 3: Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực a) Trƣờng hợp 1: Cân bằng của một vật có trục quay cố định khi vật chịu tác dụng của hai lực song song. - Mục đích: Xác định điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định khi vật chịu tác dụng của hai lực song song. - Dụng cụ : Đĩa momen, có quả nặng, dây treo, thƣớc đo. - Tiến hành: + Treo hai quả nặng vào hai vị trí A và B của đĩa momen (Hình 2.3). + Khi đĩa cân bằng, so sánh momen của hai lực và . - Kết luận: Vật cân bằng khi . Nghĩa là momen của lực bằng momen của lực nhƣng ngƣợc chiều. Hình 2.3 b) Trƣờng hợp 2: Cân bằng của một vật có trục quay cố định khi vật chịu tác dụng của hai lực không song song. - Mục đích: Xác định điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định và chịu tác dụng của hai lực không cùng phƣơng. - Thiết bị: Đĩa momen, quả nặng, dây treo, ròng rọc. 8
- Tiến hành thí nghiệm: + Buộc vào chốt A một sợi dây vắt qua ròng rọc rồi treo vào đầu kia của sợi dây một quả nặng. + Buộc vào chốt B một sợi dây có treo một quả nặng (Hình 2.4) + Khi đĩa momen cân bằng, so sánh momen của hai lực và . - Kết luận: Vật cân bằng khi . Nghĩa là momen của lực bằng momen của lực nhƣng ngƣợc chiều. Hình 2.4 c) Momen lực. - Mục tiêu: Xét tác dụng của momen lực đối với vật rắn quay quanh một trục cố định. - Dụng cụ: Một đĩa tròn có trục quay nằm ngang, một dây không dãn có khối lƣợng không đáng kể, treo hai vật nặng có khối lƣợng khác nhau. - Tiến hành: Giữ vật 1 ở độ cao h so với sàn rồi thả nhẹ. Quan sát chuyển động của đĩa (Hình 2.5). - Kết luận: Đĩa quay nhanh dần => Momen lực tác dụng vào một vật quay quanh một trục cố định làm thay đổi tốc độ góc của vật. Hình 2.5 9
2.1.4. Thí nghiệm 4: Các dạng cân bằng. - Mục đích: Giới thiệu các dạng cân bằng và điều kiện các dạng cân bằng. - Dụng cụ: Hai tấm gỗ hình chữ nhật, tấm gỗ P1 đƣợc khắc một lỗ ở đầu và một lỗ ở chính giữa, tấm gỗ P2 đƣợc đóng đinh. - Tiến hành: + Gắn tấm gỗ P2 cố định trên mặt phẳng bảng. + Treo lỗ O của tấm gỗ P1 vào đinh lần lƣợt nhƣ các hình 2.6a, 2.6b, 2.6c. + Trƣờng hợp thứ nhất: (hình 2.6a) Cầm đầu dƣới của tấm gỗ P1 kéo sang bên lệch khỏi vị trí cân bằng ban đầu. Buông tay ra khỏi thƣớc và quan sát hiện tƣợng. + Trƣờng hợp thứ hai: (hình 2.6b) Điều chỉnh cho tấm gỗ P1 đứng yên, lấy tay đẩy nhẹ vào tấm gỗ P1 và quan sát hiện tƣợng. + Trƣờng hợp thứ ba: (hình 2.6c) Đặt tấm gỗ P1 ở các vị trí quan sát khác nhau và quan sát hiện tƣợng. - Kết luận: + Ở hình 2.6a: trọng tâm nằm dƣớc điểm treo, khi đẩy tấm gỗ P1 ra khỏi vị trí cân bằng nó trở về vị trí cân bằng nhƣ cũ. Cân bằng là bền + Ở hình 2.6b:. trọng tâm nằm trên điểm treo, khi đẩy tấm gỗ P1 ra khỏi vị trí cân bằng nó không về vị trí cũ nữa. Cân bằng là không bền. + Ở hình 2.6c: trọng tâm nằm ở điểm treo. Đặt tấm gỗ P1 ở vị trí nào thì nó đứng yên ở vị trí đó. Cân bằng là phiếm định. a) b) P2 P1 P1 c) P1 Hình 2.6 2.1.5. Thí nghiệm 5: Cân bằng của một vật có mặt chân đế. - Mục đích: Xác định điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế. 10
- Dụng cụ: Một khung gỗ hình hộp chữ nhật, một dây dọi, một chiếc nêm. - Tiến hành: Đặt khung gỗ lên mặt bàn, dịch chuyển chiếc nêm cho khung gỗ nghiêng đi . Quan sát khi nào khung gỗ bị lật? - Kết luận: Khi trọng tâm của vật rơi ra khỏi mặt chân đế thì khối gỗ bị lật =>Một vật có mặt chân đế nằm cân bằng khi giá của trọng lực phải đi qua mặt chân đế (hay nói cách khác trọng tâm phải “rơi” trên mặt chân đế). Hình 2.7 2.2. Sử dụng thí nghiệm trong dạy học chƣơng “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”, Vật lí 10 trung học phổ thông - Giáo án minh họa: Chủ đề 6: Cân bằng vật rắn A. MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Nêu đƣợc định nghĩa của vật rắn và giá của lực. - Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực. - Phát biểu đƣợc định nghĩa và viết đƣợc công thức của momen lực và nêu đƣợc đơn vị đo momen của lực. - Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định . - Vận dụng quy tắc momen lực để giải đƣợc các bài toán về các điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định khi chịu tác dụng của hai lực. - Phân biệt đƣợc ba dạng cân bằng. - Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế. 2. Kỹ năng - Xác định đƣợc trọng tâm của một vật mỏng, phẳng bằng phƣơng pháp thực nghiệm. 11
- Phát biểu đƣợc quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy. - Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của của ba lực không song song. - Xác định đƣợc trọng tâm của một vật mỏng, phẳng bằng phƣơng pháp thực nghiệm. - Vận dụng đƣợc điều kiện cân bằng và quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy để giải các bài tập. - Vận dụng đƣợc khái niệm momen lực và quy tắc momen lực để giải thích một số hiện tƣợng vật lí thƣờng gặp trong đời sống và kĩ thuật cũng nhƣ để giải các bài tập vận dụng đơn giản. - Vận dụng đƣợc phƣơng pháp thực nghiệm ở mức độ đơn giản. - Vận dụng giải một số bài tập đơn giản về mô men và quy tắc momen lực. - Nhận biết đƣợc dạng cân bằng là bền hay không bền. - Xác định đƣợc mặt chân đế của một vật đặt trên một mặt phẳng đỡ. - Vận dụng đƣợc điều kiện cân bằng của một vật có chân đế. - Biết cách làm tăng mức vững vàng của cân bằng. 3. Thái độ: - Có hứng thú học tập môn Vật lí, yêu thích tìm tòi KH. - Có thái độ khách quan trung thực, nghiêm túc học tập. 4. Năng lực - Năng lực kiến thức vật lí. - Năng lực phƣơng pháp thực nghiệm. - Năng lực trao đổi thông tin. - Năng lực cá nhân của HS. B. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU 1. Giáo viên - Chuẩn bị: + Thí nghiệm + Thí nghiệm 1 (Mục 2.1.1.) + Thí nghiệm 2 (Mục 2.1.2.) + Thí nghiệm 3 (Mục 2.1.3.) + Thí nghiệm 4 (Mục 2.1.4.) + Thí nghiệm 5 (Mục 2.1.5.) 12
- Phiếu học tập: Phiếu học tập số 1 Nhóm: Lớp: Trƣờng: 1. Trọng tâm của vật là gì? ………………………………………………………………………………… 2. Để xác định vị trí trọng tâm của vật mỏng, phẳng ta làm nhƣ sau: Bƣớc1:………………………………………………………………………… Bƣớc2:………………………………………………………………………… Bƣớc 3:…………………………………………………………………………. Phiếu học tập số 2 Sau khi làm thí nghiệm, nhóm………… rút ra kết luận: 1. Trọng tâm của vật rắn hình chữ nhật đồng chất nằm tại:…………… 2. Trọng tâm của vật rắn hình tròn đồng chất nằm tại:…………………… 3. Trọng tâm của vật rắn hình thoi đồng chất nằm tại: …………………… 4. Trọng tâm của vật rắn hình tam giác đồng chất nằm tại: ……………………… 5. Nói rằng trọng tâm của vòng nhẫn nằm trên vòng nhẫn là đúng hay sai? ……… 6. Trọng tâm của vật rắn nhất thiết hay không nhất thiết phải nằm trên vật đó? ….. Phiếu học tập số 3 Dùng hai lực kế treo một vật phẳng mỏng, vật nằm cân bằng. Dùng một dây dọi đi qua trọng tâm để cụ thể hóa giá của trọng lực. Câu 1: Phân tích lực tác dụng lên vật? Có nhận xét gì về giá của 3 lực? Câu 2: Vẽ các lực tác dụng lên vật theo tỉ lệ xích nhất định. Ba lực này có đồng quy không? Câu 3: Trƣợt các véc tơ lực lên giá của chúng đến điểm đồng quy O (hình 17.6), ta đƣợc hệ ba lực cân bằng giống nhƣ ở chất điểm. a. Nhắc lại quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy tác dụng lên chất điểm? b. Tƣơng tự, hãy nêu các bƣớc tổng hợp hai lực đồng quy tác dụng lên vật rắn? Câu 4: Dựa vào quy tắc tổng hợp lực và cách tổng hợp nhiều lực đã học ở chƣơng II, hãy tổng hợp ba lực F1 , F2 và P . Từ thí nghiệm hãy suy ra điều kiện cân bằng của vật rắn dƣới tác dụng của ba lực không song song? 13
Phiếu học tập số 4 Câu 1: Bố trí lực F và F1 nhƣ hình vẽ 18.1, nếu tác dụng lên đĩa chỉ có lực F hoặc chỉ có lực F1 , đĩa sẽ ở trạng thái nào? Câu 2: Bố trí treo cả hai lực F và F1 . Hãy nhận xét trạng thái của vật? Câu 3: Khi đĩa cân bằng, hãy tìm mối liên hệ giữa hai lực F và F1 và cánh tay đòn d, d1 tƣơng ứng? Câu 4: Tiến hành TN, thay F1 bằng các lực F2 hoặc F3 ... khác, tiếp tục rút ra nhận xét? Câu 5: Từ thí nghiệm này hãy cho biết đại lƣợng nào có thể đặc trƣng cho tác dụng làm quay đĩa của lực F ? Câu 6: Qua nhiều lần thí nghiệm nữa, ngƣời ta đã đi đến kết luận rằng đại lƣợng Fd đặc trƣng cho tác dụng làm quay đĩa của lực F và gọi là mômen của lực. Vậy, thế nào là mômen của lực? Xác định đơn vị của mômen của lực? Phiếu học tập số 5 Câu 1: Xét một miếng gỗ ở VTCB thẳng đứng có trục quay nằm ngang xuyên qua lỗ O. O nằm ở đầu dƣới của thƣớc;O nằm ở đầu trên;O nằm ở trọng tâm G. Nếu làm lệch thƣớc ra khỏi VTCB một khoảng nhỏ rồi thả ra thì vật sẽ ở trạng thái nào trong các TH trên? Câu 2: TH vật càng rời xa VTCB, ta nói rằng vật ở VTCB không bền.TH vật trở về VTCB, ta nói rằng vật ở VTCB bền. TH vật cân bằng ở bất kì vị trí nào, ta nói rằng vật ở VTCB phiếm định. Có nhận xét gì về trọng tâm của vật trong các TH trên? Từ đó cho biết nguyên nhân gây nên các dạng cân bằng? Phiếu học tập số 6 Đặt một khối hình hộp lên một mặt phẳng đỡ nằm ngang theo nhƣng vị trí khác nhau (thí nghiệm 5). Câu 1: Xác định mặt chân đế của khối hộp ở các vị trí 1, 2, 3, 4? Câu 2: Cho biết TH nào vật ở VTCB, TH nào vật bị lật đổ? Câu 3: Có nhận xét gì về giá của trọng lực so với mặt chân đế trong các TH đó? Từ đó đƣa ra điều kiện cân bằng của vật rắn có mặt chân đế? Câu 4: Trong 3 TH CB thì TH nào vật dễ bị lật đổ nhất? khó lật đổ nhất?Nhận xét gì về vị trí trọng tâm và diện tích mặt chân đến trong 2 trƣờng hợp cân bằng này? Từ đó, cho biết mức vững vàng của CB phụ thuộc những yếu tố nào? Muốn vật khó bị lật đổ thì phải làm gì? Câu 5: Trả lời câu hỏi đặt ra ở đầu tiết học: Tại sao ô tô chất trên nóc nhiều hàng nặng dễ bị lật đổ ở chỗ đƣờng nghiêng? Tại sao không lật đổ đƣợc con lật đật? 14
2. Học sinh - Ôn tập điều kiện cân bằng của hệ lực tác dụng lên chất điểm. - Ôn tập quy tắc hình bình hành tìm hợp lực tác dụng lên chất điểm. - Ôn tập các kiến thức về đòn bẩy. - SGK, vở ghi bài, giấy nháp. C. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1:Mở đầu: Tạo tình huống và phát biểu vấn đề để tìm hiểu về điều kiện cân bằng của vật rắn a. Mục tiêu: - Ôn những kiến thức đã học về cân bằng lực mà HS đã học ở chƣơng trƣớc. - Kích thích sự tò mò, hứng thú tìm hiểu kiến thức mới. b. Nội dung: Học sinh tiếp nhận vấn đề từ giáo viên c. Sản phẩm: Kiến thức cũ đƣợc hệ thống lại và ự tò mò, hứng thú tìm hiểu kiến thức mới. d. Tổ chức thực hiện: Bƣớc thực Nội dung các bƣớc hiện Yêu cầu HS nhắc lại về điều kiện cân bằng của chất điểm: Nêu điềm kiện cân bằng của hệ lực tác dụng lên chất đểm. Giáo viên đặt vấn đề: Ở chƣơng trƣớc ta chỉ xét lực tác dụng lên Bƣớc 1 chất điểm. Vậy, đối với vật rắn, liệu điều kiện cân bằng có giống chất điểm không? Ta sẽ khảo sát qua chƣơng mới. Ngoài ra, trong chƣơng mới này ta sẽ khảo sát trọng tâm, quy tắc hợp lực và quy tắc mômen. Bƣớc 2 Học sinh tiếp nhận vấn đề. Hoạt động 2: Hình thành kiến thức Hoạt động 2.1: Khảo sát điều kiện cân bằng của vật rắn dƣới tác dụng của hai lực; xác định trọng tâm của vật rắn phẳng mỏng a. Mục tiêu: - Biết định nghĩa giá của lực, phân biệt giá với phƣơng. - Nắm vững điều kiện cân bằng của một vật rắn dƣới tác dụng của hai lực. - Suy luận lôgic, đƣa ra phƣơng án thí nghiệm và xác định đƣợc trọng tâm của một vật mỏng, phẳng bằng phƣơng pháp thực nghiệm. 15
b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm: 1. Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực. a. Thí nghiệm. Sử dụng thí nghiệm 1 và thí nghiệm 2 b. Điều kiện cân bằng. Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều.   F1   F2 c. Xác định trọng tâm của một vật phẵng, mỏng bằng thực nghiệm. * Trọng tâm của vật rắn: là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật. * Khi vật cân bằng, lực căng T của sợi dây và trọng lực P của vật rắn là hai lực trực đối, nên dây treo trùng với đƣờng thẳng đứng đi qua trọng tâm G của vật. lần lƣợt móc dây vào lỗ A, B, đánh dấu đƣờng thẳng đứng AA’, BB’ trên vật trùng phƣơng với lực căng. Trọng tâm G là giao điểm của 2 đƣờng thẳng này * Đối với vật rắn phẳng đồng tính: Trọng tâm trùng với tâm đối xứng. Trọng tâm nằm trên trục đối xứng. d. Tổ chức thực hiện: Bƣớc thực Nội dung các bƣớc hiện GV thông báo khái niệm vật rắn, giá của lực, trạng thái cân bằng và hệ lực cân bằng. GV giao cho HS sử dụng bộ thí nghiệm để nghiên cứu điều kiện Bƣớc 1 cân bằng của một vật rắn trong trƣờng hợp có 2 lực tác dụng GV hƣớng dẫn HS tiến hành TN và từ đó hoàn thành phiếu học tập số 1. Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm Bƣớc 2 - Tiến hành thí nghiệm 1, 2. Báo cáo kết quả và thảo luận Đại diện 1 nhóm trình bày: Bƣớc 3 C1. Giá của 2 lực trùng nhau nhƣng ngƣợc chiều. Độ lớn: F1 = F2 Điều kiện: 2 lực phải cùng giá, cùng độ lớn nhƣng ngƣợc chiều. 16