Giả thuyết khoa học
Biết cách sử dụng và khai thác vai trò, chức năng của BTVL là phương tiện quan trọng giúp phát hiện và xử lý quan niệm của học sinh trong quá trình dạy học vật lý Khi vận dụng hiệu quả BTVL, giáo viên có thể nâng cao chất lượng giảng dạy bộ môn vật lý ở trường THPT, góp phần thúc đẩy sự hiểu biết và hứng thú của học sinh đối với môn học.
Nhiệm vụ của đề tài
- Nghiên cứu ảnh hưởng của quan niệm HS đối với chất lượng dạy học vật lí
- Nghiên cứu tác dụng của BTVL
- Đề xuất biện pháp để phát hiện, xử lý quan niệm của HS bằng việc sử dụng BTVL
- Soạn thảo tiến trình dạy học một số bài, mục trong chương “Các định luật bảo toàn” vật lí lớp 10 cơ bản theo định hướng của đề tài.
Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lí luận: tâm lý học, giáo dục học, tâm lý sư phạm, lý luận dạy học,…
+ Tổng kết kinh nghiệm bản thân, tham khảo ý kiến thầy cô, bạn bè để phỏt hiện những quan niệm của HS và cú biện phỏp xử lý thớch hợp
+ Xây dựng tiến trình dạy học một số bài, môc trong chương “ Các định luật bảo toàn ” lớp 10 cơ bản theo hướng của đề tài.
Cấu trúc luận văn
Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài
Đề xuất biện pháp phát hiện, xử lí những quan niệm sai lầm của HS
Để thành công trong sự nghiệp giảng dạy, một người giáo viên giỏi không chỉ cần có chuyên môn vững mà còn phải hiểu và khai thác những quan niệm của học sinh về vấn đề đó Trước khi cung cấp kiến thức mới, giáo viên cần xác định các hiểu biết hiện có của học sinh để đánh giá đúng sai, nhận biết những điểm đúng, chưa đúng và những hạn chế trong kiến thức của các em Việc này giúp hình thành môi trường học tập hiệu quả, đồng thời đáp ứng nhu cầu tiếp thu kiến thức một cách phù hợp và logic.
Từ những phân tích ở trên, ta thấy rằng, trong quá trình dạy học người
GV cần tận dụng và phát huy những quan điểm đúng đã có của các em, không chồng chất kiến thức mới quá nhiều lên trên đó Đồng thời, giáo viên phải bổ sung và điều chỉnh những quan niệm chưa chính xác, chuẩn hóa lại để hình thành nhận thức đúng đắn Ngoài ra, việc đưa những quan niệm sai lệch ra khỏi tư duy của các em là điều rất cần thiết để phát triển kiến thức đúng và vững chắc.
Thực trạng cho thấy, trong các tiết học Vật lý ở các trường THPT, việc khai thác quan niệm của HS trong dạy học chưa được quan tâm đúng mức, ảnh hưởng đến chất lượng giảng dạy Nguyên nhân chính gồm thời gian hạn chế, khối lượng kiến thức lớn trong một tiết học, và người giáo viên còn thiếu chú ý, chưa biết tận dụng các phương tiện dạy học hiệu quả Kết quả là, năng lực và sự yêu thích môn Vật lý của học sinh còn thấp, thể hiện rõ qua kết quả học tập và điểm số trong các bài thi, kiểm tra so với các môn học khác.
1.3 Đề xuất biện pháp phát hiện, xử lý những quan niệm của HS
Dựa trên cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học, các nhà giáo dục đã nghiên cứu về quan niệm của học sinh để nâng cao hiệu quả giảng dạy vật lý trong trường phổ thông Họ đề xuất các phương pháp, hình thức tổ chức và phương tiện dạy học phù hợp nhằm xử lý và phát huy quan niệm của học sinh trong quá trình học tập Các biện pháp này giúp tạo môi trường học tập tích cực, thúc đẩy sự phát triển tư duy và nâng cao sự hiểu biết của học sinh về môn vật lý Việc áp dụng các chiến lược này góp phần nâng cao chất lượng dạy học và đáp ứng yêu cầu đổi mới chương trình giáo dục phổ thông hiện nay.
1.3.1.1 Tạo điều kiện thuận lợi cho giờ học diễn ra
Tạo điều kiện tâm lý thuận lợi cho giờ học là yếu tố then chốt để đảm bảo quá trình dạy học diễn ra hiệu quả Giáo viên cần xây dựng một không khí lớp học tích cực, hạn chế sự căng thẳng và tạo sự gần gũi, thân thiện giữa thầy và trò Một môi trường lớp học thoải mái sẽ giúp học sinh giảm bớt lo lắng, tăng khả năng hợp tác và phát huy tư duy sáng tạo Nhà giáo cần sử dụng hiểu biết và kinh nghiệm sư phạm để duy trì không khí tích cực, thúc đẩy hứng thú học tập, nâng cao năng lực nhận thức và tư duy của học sinh.
Giáo viên có thể xóa đi khoảng cách giữa thầy và trò bằng cách thể hiện sự cởi mở, chân thành và thân thiện với học sinh Trong giờ học, sự nghiêm túc là cần thiết, nhưng không đồng nghĩa với sự cứng nhắc mãi mãi; đôi khi, một chút hài hước (trong khuôn khổ phù hợp) giúp làm giảm bầu không khí mệt mỏi, căng thẳng, thay vào đó tạo ra môi trường học tập vui tươi, thúc đẩy sự hứng thú và yêu thích môn học của học sinh.
- Biết cách động viên, khích lệ nhiệt tình các em trong học tập
- Tạo cho HS niềm tin, sự yêu mến và tôn trọng thầy cô giáo…
1.3.1.2 Phát hiện quan niệm của HS
Hiểu được các quan niệm ban đầu của học sinh về các hiện tượng và quá trình vật lý là yếu tố quan trọng trong quá trình giảng dạy Nhà giáo cần khai thác và nhận diện những quan niệm đó để điều chỉnh phương pháp dạy học phù hợp Việc khảo sát và phát hiện các quan niệm của học sinh giúp đề xuất các giải pháp sư phạm hiệu quả, nhằm củng cố những kiến thức đúng, bổ sung những quan điểm còn thiếu và sửa chữa những nhận thức sai lầm của học sinh về các hiện tượng vật lý.
Việc phát hiện ra quan niệm của học sinh không phải lúc nào cũng dễ dàng do học sinh thường nhút nhát khi thể hiện quan điểm, có thể vì thiếu tự tin, nội tâm hoặc sợ hãi Chính vì vậy, giáo viên cần sử dụng kỹ năng sư phạm một cách linh hoạt và khéo léo để nhận diện những quan niệm của học sinh một cách chính xác Điều này giúp giáo viên đạt được mục đích trong quá trình giảng dạy và thúc đẩy sự tự tin của học sinh trong việc chia sẻ ý kiến.
Việc tạo môi trường sư phạm thích hợp với không khí chân thành, thân thiện là yếu tố cơ bản giúp học sinh tự do thể hiện quan điểm cá nhân một cách tự nhiên Khi môi trường học tập gần gũi và cởi mở, học sinh cảm thấy thoải mái hơn để chia sẻ suy nghĩ, qua đó nâng cao khả năng phản biện và phát triển tư duy độc lập Đảm bảo không khí tích cực trong lớp học cũng góp phần thúc đẩy sự sáng tạo và ham muốn học hỏi của học sinh, tạo ra môi trường học tập hiệu quả và thân thiện.
Thông qua các bài tập, chuyện kể, phim ảnh và thí nghiệm hợp lý, giúp học sinh đối diện với các tình huống học tập để tự thể hiện quan điểm của mình Đưa học sinh vào những tình huống có vấn đề trong quá trình học giúp phát triển kỹ năng tư duy phản biện và nâng cao khả năng giải quyết vấn đề Tạo ra môi trường học tập sinh động và hấp dẫn, khuyến khích các em tích cực tham gia và bộc lộ ý kiến, góp phần nâng cao hiệu quả giáo dục.
Phương pháp đánh giá trong dạy học có ảnh hưởng lớn đến khả năng tư duy và khả năng tự bộc lộ quan điểm của học sinh Nếu giáo viên chỉ chú trọng vào những ý kiến đúng và bỏ qua những ý kiến “ngây ngô”, điều này sẽ hạn chế sự sáng tạo và phát triển tư duy của học sinh Thái độ này còn khiến học sinh cảm thấy ngần ngại khi chia sẻ quan điểm cá nhân, dẫn đến mất cơ hội phát hiện và khai thác các quan niệm của các em Vì vậy, việc sử dụng phương pháp đánh giá phù hợp là yếu tố quan trọng để khuyến khích sự tự do thể hiện và phát triển tư duy của học sinh.
GV cần lắng nghe ý kiến của học sinh và chịu đựng những phản hồi khác nhau để hiểu rõ hơn về nhu cầu của học sinh Việc nhận xét và đánh giá phù hợp giúp khuyến khích sự hứng thú và nhiệt huyết trong học tập của học sinh, từ đó tạo môi trường giáo dục tích cực và thúc đẩy sự phát triển toàn diện của học sinh.
- Cho HS làm các bài kiểm tra về nhà, trình bày cách hiểu của mình về một vấn đề một vấn đề nào đó (nếu có thể)
Tổ chức cho học sinh thảo luận nhóm về một đề tài vật lý giúp các em thể hiện quan điểm cá nhân và phát triển kỹ năng tranh luận Qua tranh luận, học sinh phải đưa ra các lập luận và chứng cứ để bảo vệ quan điểm của mình, từ đó giáo viên dễ dàng nhận biết các quan niệm, hiểu biết của học sinh về vấn đề Hoạt động này thúc đẩy tư duy phản biện, nâng cao khả năng trình bày ý kiến và góp phần làm phong phú kiến thức vật lý của học sinh.
1.3.1.3 Làm cho HS thấy được sự vô lí của các quan niệm sai lệch và hướng dẫn cho các em tìm kiếm kiến thức mới
Để giúp học sinh tự xóa bỏ những quan niệm sai lầm của mình, người thầy cần khai thác sâu nguyên nhân gây ra những sai lệch này và giúp học sinh nhận thức rõ rằng quan niệm cũ của các em trái ngược hoàn toàn với kiến thức khoa học Quá trình này tạo ra xung đột tâm lý giữa quan niệm cũ và kiến thức mới, từ đó kích thích sự ngạc nhiên và tò mò của học sinh, dậy lên động cơ và hứng thú học tập tích cực Khi đó, các em sẵn lòng vượt qua khó khăn, tích cực tìm kiếm câu trả lời, qua đó phát triển tư duy và tích lũy kiến thức mới một cách tự giác, không ép buộc Nhờ đó, quan niệm sai lệch của học sinh sẽ dần được loại bỏ một cách triệt để, giúp các em hình thành kiến thức đúng đắn và phát triển toàn diện.
Giáo viên sử dụng các phương pháp như thí nghiệm, câu hỏi thực tế và các tình huống có vấn đề để giúp học sinh hiểu rõ các hiện tượng và quá trình vật lý Qua đó, thầy cô giúp các em nhận ra sự phi lý trong các quan niệm sai lệch một cách thuyết phục, từ đó hướng dẫn các em khám phá kiến thức mới dựa trên những gì các em quan sát và trải nghiệm thực tế Điều này đặc biệt quan trọng vì học sinh thường tin vào những gì mình chứng kiến, nhất là khi chúng trái ngược với các quan niệm cũ của các em, giúp phát triển tư duy phản biện và tiếp thu kiến thức chính xác hơn.
BTVL
2.1.1 Vai trò, chức năng của BTVL
BTVL là một trong những phương tiện dạy học vật lý quan trọng, đóng vai trò thiết yếu trong quá trình giảng dạy Thời gian sử dụng BTVL chiếm tỷ trọng lớn trong toàn bộ chương trình giảng dạy, phản ánh tầm quan trọng của nó trong việc nâng cao hiệu quả học tập Nhiều tài liệu lý luận về dạy học vật lý xem BTVL là một phương tiện thực hành giúp sinh viên thao tác và thực nghiệm trực tiếp Bên cạnh đó, cũng có những quan điểm coi BTVL như một phương pháp giảng dạy, hỗ trợ việc truyền đạt kiến thức một cách sinh động và trực quan Đề tài này kết hợp cả hai quan điểm trên, nhấn mạnh vai trò đa chiều của BTVL trong giảng dạy vật lý.
BTVL (Vấn đề Tư duy Vật lý) là các vấn đề đòi hỏi học sinh vận dụng suy luận logic, phép toán và thí nghiệm dựa trên các định luật và phương pháp vật lý để giải quyết Trong phạm vi rộng hơn, bất kỳ vấn đề nào xuất hiện khi nghiên cứu tài liệu hoặc sách giáo khoa cũng được xem như một bài tập phù hợp cho học sinh phát triển tư duy vật lý.
- Xét theo lí luận dạy học thì BTVL có những chức năng sau:
Để củng cố trình độ tri thức và kỹ năng xuất phát của học sinh, BTVL là một phương tiện rất hiệu quả, giúp học sinh ôn tập và ghi nhớ kiến thức một cách vững chắc Việc giao cho học sinh giải các bài tập phù hợp về nội dung và phương pháp liên quan đến vấn đề sắp nghiên cứu giúp họ nắm vững kiến thức cũ, tạo nền tảng vững chắc cho bài học mới Khi học sinh nhận thấy mối liên hệ logic giữa tri thức cũ và kỹ năng với kiến thức mới, sự hứng thú và tích cực tham gia học tập của họ sẽ tăng lên rõ rệt Điều này không chỉ giúp học sinh thấy rõ tính hữu ích của tri thức đã học mà còn tăng niềm tin vào khả năng bản thân, từ đó thúc đẩy quá trình học tập hiệu quả hơn.
+ Đặt vấn đề nhận thức:
Các bài tập như bài tập nghịch lý, bài tập thí nghiệm, và câu hỏi thực tế là công cụ rất hiệu quả để kích thích tư duy và khơi gợi hứng thú cho học sinh trước khi bắt đầu bài học mới Giáo viên có thể sử dụng những bài tập liên quan đến hiện tượng, quá trình vật lý để tạo sự hứng khởi, tò mò và định hướng mục tiêu học tập rõ ràng cho học sinh Việc xác định rõ mục tiêu giúp nâng cao khả năng quan sát và chú ý có chủ đích của học sinh, tránh tình trạng thiếu tập trung hoặc giảng dạy không rõ ràng Nhờ đó, học sinh nắm bắt được ý nghĩa của bài học, hiểu rõ lý do vì sao họ cần nghiên cứu vấn đề, từ đó tối ưu hóa quá trình tiếp thu kiến thức.
+ Hình thành tri thức, kỹ năng mới cho HS:
Một số bài tập thực hiện được chức năng này nhưng không phải nhiều
Trong quá trình dạy học, có những đề tài mà việc hình thành tri thức mới chủ yếu dựa trên hệ thống hóa các vấn đề đã học để khái quát hóa quy nạp, như bài “Định luật bảo toàn cơ năng” trong vật lý lớp 10, giúp học sinh tổng hợp và đạt được kiến thức mới Ngược lại, cũng có những bài học tập trung vào diễn dịch, vận dụng các trường hợp tổng quát để phân tích các trường hợp cụ thể, ví dụ như kiến thức về “Động cơ phản lực” trong vật lý, hướng học sinh phát triển khả năng vận dụng linh hoạt kiến thức.
Ôn luyện và củng cố kiến thức, kỹ năng cho học sinh là lĩnh vực mà BTVL phát huy tác dụng tốt nhất, bởi vì BTVL là phương tiện để giáo viên giao nhiệm vụ giúp học sinh tập dượt việc củng cố các đường mòn liên hệ tạm thời của thần kinh trung ương về kiến thức và kỹ năng đã học Qua đó, học sinh rèn luyện khả năng tìm kiếm các mối liên hệ giữa kiến thức cũ và vận dụng chúng vào các tình huống thực tiễn, từ mức độ quen biết, quen biết có biến đổi đến các tình huống mới lạ, nâng cao khả năng tư duy linh hoạt và sáng tạo.
Việc làm bài tập không chỉ giúp học sinh rèn luyện năng lực ghi nhớ, củng cố kiến thức và kỹ năng đã học mà còn thúc đẩy hoạt động sáng tạo thông qua việc tìm ra mối liên hệ mới Điều này đặc biệt quan trọng trong quá trình dạy học vật lý, khi học sinh cần thực hành và thử nghiệm các kỹ năng chưa có điều kiện tiếp xúc trong lớp học Moreover, bài tập còn phát triển tư duy phản biện và khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của học sinh, góp phần nâng cao hiệu quả học tập và thúc đẩy sự sáng tạo trong quá trình học.
+ Tổng kết, hệ thống hóa kiến thức của từng chương, từng phần và cả chương trình bộ môn:
Các bài học có nhiệm vụ củng cố và hệ thống hóa kiến thức lý thuyết, trong đó BTVL có thể được sử dụng hiệu quả trong các trường hợp như: giảng viên ra bài tập theo chuỗi liên kết giúp học sinh vận dụng toàn bộ kiến thức đã học để giải quyết nhiệm vụ phức tạp; hoặc qua các phần nhỏ của kiến thức đã được tổng kết, giảng viên đưa ra những bài tập điển hình, đòi hỏi học sinh phải hiểu rõ và áp dụng chính xác kiến thức đã học Phương pháp này vừa giảm sự nhàm chán, vừa giúp học sinh ghi nhớ lâu hơn và hiểu rõ bản chất của vật lý hơn là chỉ nhắc lại lý thuyết một cách máy móc.
+ Kiểm tra, đánh giá chất lượng tri thức, kỹ năng của HS:
BTVL giúp giáo viên kiểm tra trình độ lĩnh hội kiến thức của học sinh, kỹ năng thực hành, kỹ năng tính toán và vận dụng lý thuyết để giải quyết các tình huống thực tiễn Khi sử dụng BTVL dưới dạng tự luận, nó còn cho phép giáo viên đánh giá năng lực tư duy và kỹ năng sử dụng ngôn ngữ của học sinh một cách chính xác và toàn diện.
- Xét theo chức năng thực hiện nhiệm vụ bộ môn:
BTVL là một phương tiện giáo dưỡng không thể thiếu trong quá trình học tập của học sinh Nó giúp học sinh khắc sâu nội dung kiến thức, đồng thời xây dựng các mối liên hệ giữa các bộ phận kiến thức để kiến thức trở nên sống động và ý nghĩa hơn Nhờ đó, học sinh có khả năng áp dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề thực tiễn một cách hiệu quả.
Phát triển năng lực nhận thức là mục đích chính của việc giải bài tập vận dụng logic (BTVL), giúp học sinh hình thành và phát triển các thao tác tư duy như so sánh, phân tích, tổng hợp và khái quát hóa Thông qua các bài tập thí nghiệm và các vấn đề thực tiễn, học sinh học cách lập kế hoạch và giải quyết các vấn đề kỹ thuật và sáng tạo Nhờ đó, BTVL góp phần đào tạo học sinh trở thành những người am hiểu thực tiễn và có khả năng cải tạo môi trường sống và công việc của mình.
+ Giáo dục tư tưởng, đạo đức và nhân cách cho HS:
BTVL là phương tiện giúp học sinh rèn luyện các phẩm chất tâm lý quan trọng như sự kiên trì, nhẫn nại và khả năng lập kế hoạch trong hoạt động nhận thức Ngoài ra, BTVL còn thúc đẩy học sinh phát triển tính tự lực, tự giác trong quá trình học tập, góp phần nâng cao kỹ năng tự quản lý và ý thức tự học.
+ Giáo dục kỹ thuật tổng hợp và hướng nghiệp:
Nhiều báo cáo viên lồng ghép nội dung kỹ thuật thực tiễn và bài tập thí nghiệm giúp học sinh củng cố kỹ năng thực hành và kiến thức cần thiết theo chương trình giáo dục kỹ thuật tổng hợp Các hoạt động này góp phần nâng cao hiểu biết thực tế của học sinh, tạo nền tảng vững chắc cho việc hướng nghiệp và phát triển kỹ năng nghề nghiệp trong tương lai.
2.1.2.Tác dụng của BTVL trong việc phát hiện, xử lí quan niệm của HS Ở trên ta đã xét đến tác dụng chung của BTVL Nhưng ở đây chúng ta quan tâm sâu hơn đến BTVL ở khía cạnh phát hiện, xử lí quan niệm của HS, đặc biệt là những quan niệm sai lầm khi học vật lí Cách khai thác này được xem như là một biện pháp quan trọng để nâng cao chất lượng và hiệu quả của dạy học vật lí Đối với tác dụng này của BTVL, chúng ta sẽ lưu ý những loại bài tập có nội dung gắn liền với thực tế, thí nghiệm, mang tính nghịch lý – ngụy biện bởi những bài tập này sẽ phát huy hiệu quả tác dụng của BTVL trong việc phát hiện - xử lí quan niệm của HS Cụ thể tác dụng đó như sau:
Phát hiện ra các quan niệm sai lệch và quan niệm đúng trong quá trình học vật lý là rất quan trọng để nâng cao hiểu biết của học sinh Khi học sinh gặp phải các hiện tượng gần gũi trong cuộc sống, họ thường dựa vào kiến thức sẵn có để đưa ra câu trả lời, nhưng những câu trả lời này có thể không chính xác Giáo viên cần giải thích hoặc cung cấp kết quả đúng để giúp học sinh nhận thức rõ hơn về kiến thức đúng và sai Tuy nhiên, chỉ dừng lại ở đó có thể khiến học sinh dễ mắc lại sai lầm với các bài tập tương tự Các bài tập thực tế, nghịch lý hoặc liên quan đến nghịch lý – ngụy biện đã giúp buộc học sinh phải tìm lời giải thích cho những hiện tượng trái với suy nghĩ ban đầu, từ đó hình thành quan niệm đúng và loại bỏ các quan niệm sai lệch trong quá trình học vật lý.
- Khắc phục quan niệm sai lệch của HS:
Cỏc định luật bảo toàn trong ch-ơng trình vật lí 10 cơ bản
Chính sự tổng quát cao đã quyết định tính khoa học, tính phương pháp luận và tính triết học của các định luật này
Các định luật bảo toàn là kiến thức cuối cùng trong môn cơ học, yêu cầu học sinh áp dụng toàn bộ kiến thức đã học để hiểu và vận dụng Việc này giúp củng cố kiến thức và rèn luyện kỹ năng giải thích các hiện tượng vật lý dựa trên những nguyên lý cơ bản của cơ học.
Các định luật bảo toàn là công cụ quan trọng trong cơ học, giúp giải quyết các bài toán một cách hiệu quả và chính xác Chúng hoạt động như một phương pháp bổ sung cho phương pháp động lực học, đặc biệt hữu ích khi không rõ các lực tác dụng hoặc trong các trường hợp phức tạp như va chạm và nổ Nhờ đó, các định luật bảo toàn trở thành phương pháp duy nhất giúp phân tích và dự đoán chuyển động của các hệ vật thể trong các tình huống không rõ ràng về lực.
Các định luật bảo toàn đóng vai trò quan trọng trong việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp, giúp sinh viên hiểu rõ và vận dụng các nguyên lý vào thực tiễn kỹ thuật như động cơ phản lực, hiệu suất máy móc Việc học các ứng dụng của các định luật này giúp nâng cao khả năng phân tích và tối ưu hóa các hệ thống kỹ thuật, từ đó phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề trong lĩnh vực kỹ thuật Đồng thời, nắm vững các công thức và quy luật bảo toàn góp phần thúc đẩy sáng tạo và đổi mới trong thiết kế các thiết bị và hệ thống kỹ thuật hiện đại.
2.3 Các định luật bảo toàn trong chương trình vật lí lớp 10 cơ bản 2.3.1 Định luật bảo toàn động lượng
- Nội dung: Trong một hệ kín, động l-ợng của hệ là một đại l-ợng đ-ợc bảo toàn
- Phạm vi áp dụng định luật:
+ Tổng hợp các ngoại lực tác dụng lên hệ bằng 0
+ Nội lực rất lớn so với ngoại lực
+ Thời gian t-ơng tác giữa các vật trong hệ là rất ngắn ( P F t 0)
+ Nếu theo một ph-ơng nào đó các ngoại lực tác dụng lên hệ triệt tiêu thì động l-ợng theo ph-ơng đó đ-ợc bảo toàn
2.3.2 Định luật bảo toàn cơ năng
- Nội dung: Trong hệ kín không có ma sát (lực cản) thì cơ năng của hệ là một đại l-ợng đ-ợc bảo toàn
- Phạm vi ứng dụng định luật: Hệ kín, không có ma sát (lực cản).
Những sai lầm phổ biến của HS khi vận dụng kiến thức về các định luật bảo toàn
2.4.1 Một số sai lầm khi xác định hệ kín
Trong quá trình vận dụng định luật bảo toàn, việc chọn hệ phù hợp là yếu tố quyết định để giải bài tập chính xác Chọn hệ quá rộng có thể khiến dữ kiện không đủ để giải, trong khi chọn hệ quá hẹp lại khiến điều kiện áp dụng định luật không đúng và không thể giải bài Ngoài ra, nhiều học sinh nghĩ rằng hệ kín không có ngoại lực tác dụng, dẫn đến sự băn khoăn về tính đúng đắn khi chọn hệ Để phát hiện lỗi sai trong quá trình chọn hệ, các em có thể sử dụng một số bài tập vận dụng linh hoạt nhằm rèn luyện tư duy và xác định đúng hệ vật lý phù hợp.
Ví dụ 1 mô tả viễn cảnh một viên đạn có khối lượng m gram được đặt vào nòng súng, gây ra sự nén của lò xo với độ dày d = 3,2 cm so với trạng thái nghỉ Khi viên đạn được bắn, nó rời khỏi nòng súng với vận tốc chưa được xác định, dựa trên hệ số đàn hồi của lò xo là 7,5 N/m Giả thiết không có ma sát và nòng súng nằm ngang giúp đơn giản hóa quá trình tính toán vận tốc của viên đạn khi bắn ra Điều này giúp xác định mối liên hệ giữa năng lượng đòn bẩy của lò xo và vận tốc của viên đạn khi thoát khỏi nòng súng, dựa trên các yếu tố vật lý liên quan.
Xét chuyển động của viên đạn
Trong hệ thống không có ma sát, lò xo tác dụng lực lên viên đạn, khiến hệ không phải là hệ kín Do đó, không thể áp dụng định luật bảo toàn cơ năng để đoán trước trạng thái của hệ thống này.
Sai lầm phổ biến là học sinh chỉ tập trung vào chuyển động của đạn mà quên rằng hệ thống không kín Để hệ là hệ kín, cần phải có ít nhất hai vật thể tương tác, điều này giúp áp dụng được định luật bảo toàn năng lượng một cách chính xác Việc không nhận thức rõ đặc điểm của hệ kín dẫn đến sai sót trong quá trình phân tích và giải bài tập vật lý.
Xét hệ gồm lò xo của súng - đạn:
Gọi E t là cơ năng của hệ ở trạng thái đầu (trước khi bắn)
E s là cơ năng của hệ ở trạng thái sau (ngay sau khi bắn)
Ban đầu cơ năng của hệ là thế năng của lò xo :
E t Ở trạng thái sau cơ năng của hệ là động năng của đạn:
Hệ này kín vì lò xo tác dụng lực lên viên đạn là nội lưc Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta có :
Ví dụ 2 mô tả một khẩu súng khối lượng M (không kể đạn) lăn tự do trên xe gắn với đế súng từ trạng thái nghỉ, chạy xuống một đoạn dốc nghiêng angle α so với phương nằm ngang Sau khi đi được quãng đường l, khẩu súng bắn viên đạn theo phương ngang, có khối lượng m Đề bài hỏi liệu có thể xác định vận tốc v của viên đạn bằng phương pháp sử dụng định luật bảo toàn năng lượng hay không, khi biết rằng ngay sau khi bắn, khẩu súng dừng lại.
Khẩu súng lăn tự do theo đường dốc chịu tác dụng của trọng lực P = (M + m) g, tác động xuống theo chiều của mặt dốc Trong quá trình lăn, phản lực N của mặt dốc giữ vai trò cân bằng và chống lại lực trọng trường tác động Lực ma sát giữa khẩu súng và mặt dốc không đáng kể, giúp quá trình lăn diễn ra dễ dàng hơn Sự cân bằng giữa các lực này quyết định tốc độ và hướng chuyển động của khẩu súng trên mặt dốc.
Xét hệ súng - đạn: tổng ngoại lực F = M m g N 0
Hệ này không phải là hệ kín, không áp dụng được định luật bảo toàn động lượng để giải
Học sinh thường mắc lỗi khi quá rập khuôn trong việc xác định điều kiện áp dụng định luật bảo toàn động lượng Định luật này không chỉ đúng khi không có ngoại lực tác dụng, mà còn có thể áp dụng khi tổng ngoại lực tác dụng lên vật bằng không hoặc quá trình tác dụng xảy ra trong thời gian ngắn, dẫn đến kết luận rằng động lượng hệ thống vẫn được bảo toàn theo một phương nhất định.
Khi đạn nổ thì quá trình tương tác giữa súng và đạn là rất ngắn, do đó:
Có thể coi gần đúng động lượng toàn phần của hệ súng - đạn được bảo toàn trong thời gian tương tác nói trên: P const
Vậy ta có thể áp dụng được định luật bảo toàn động lượng cho hệ súng- đạn
(v x : là vận tốc của hệ ngay trước lúc nổ, theo phương ngang v’: là vận tốc đạn ngay sau khi nổ, theo phương ngang)
Ta lại có: v x v cos và v 2 2 g l sin
2.4.2 Một số sai lầm khi sử dụng định luật bảo toàn động lượng
Nguyên nhân chính gây ra sai lầm khi sử dụng định luật bảo toàn động lượng trong bài tập là do học sinh chưa nắm vững điều kiện áp dụng của định luật này Động lượng là một đại lượng véc tơ, mỗi thành phần của nó có thể được bảo toàn riêng biệt nếu các thành phần của hợp lực các ngoại lực bằng không Ngoài ra, nhiều học sinh quên mất việc xác định rõ hệ quy chiếu khi viết các biểu thức động lượng cho từng trạng thái, dẫn đến các sai sót trong quá trình tính toán.
Ví dụ minh họa về phản lực tên lửa: Một tên lửa có khối lượng 100 tấn bay với vận tốc 200 m/s, khi phụt ra 20 tấn khí với vận tốc 500 m/s so với tên lửa, sẽ có các thay đổi về vận tốc sau khi phụt khí Trong trường hợp này, ta cần tính vận tốc mới của tên lửa sau khi phụt khí, áp dụng nguyên lý bảo toàn động lượng, với hai trường hợp: khi khí phụt ra phía sau và khi khí phụt ra phía trước Đây là bài toán điển hình giúp hiểu rõ nguyên lý phản lực và ứng dụng trong lĩnh vực tên lửa và động lực học.
Bỏ qua lực hút của trái đất và sức cản của không khí
Gọi V là vận tốc của tên lửa trước khi phụt khí
Vận tốc của tên lửa sau khi phụt khí là V', trong khi đó, v là vận tốc của khí do tên lửa phụt ra Động lượng của hệ trước khi phụt khí là P = M v, còn sau khi phụt khí, động lượng là P' = (M - m) V' + m v Áp dụng định luật bảo toàn động lượng, ta có phương trình P = P', đảm bảo sự chính xác trong quá trình truyền động của tên lửa.
M V M m V ' + m v Đưa về phương trình đại số: MV M m V ' mv
Chọn chiều dương của trục tọa độ trựng với chiều V a) KhÝ phôt ra phÝa sau ( V 0 , v 0)
= 375 (m/s) b) Khí phụt ra phía trước ( V > 0, v > 0)
Trong lời giải này, sai lầm chính nằm ở chỗ xác định vận tốc của khí là v = 500 m/s, vốn là vận tốc của khí so với tên lửa Tuy nhiên, vận tốc của tên lửa so với trái đất là V = 200 m/s, cho thấy hai vận tốc này không cùng chung một hệ quy chiếu Việc xác định vận tốc khí cần phải tính toán dựa trên cùng một hệ quy chiếu để đảm bảo độ chính xác của kết quả.
Gọi V là vận tốc của tên lửa đối với trái đất trước khi phụt khí
Vận tốc của tên lửa sau khi phụt khí, được ký hiệu là V', phụ thuộc vào vận tốc khí phụt ra và khối lượng của khí phụt, cụ thể là v k và v Trước khi phụt khí, động lượng của hệ là P = M V, trong khi sau khi phụt khí, động lượng hệ trở thành P' = (M - m) V' + m v, thể hiện sự thay đổi về động lượng do quá trình phụt khí Hiểu rõ mối liên hệ giữa vận tốc tên lửa và khí phụt giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của tên lửa theo quy luật bảo toàn động lượng.
Theo định lí cộng vận tốc: v v k V Áp dụng định luật bảo toàn động lượng:
P P ' M V ( M m ) V ' m v M V ( M m ) V ' m ( v k V ) (1) Chọn chiều dương của trục tọa độ trùng với chiều của V Chiếu (1) lên trục tọa độ: a) Khí phụt ra phía sau: v k ngược chiều với V
V >0 V 'cùng chiều với V ( V ' V : tên lửa tăng tốc) b) Khí phụt ra phía trước: v k cùng chiều với V
V > 0 V 'cùng chiều với V ( V ' V : tên lửa giảm tốc)
Ví dụ 2 minh họa bài toán về va chạm trong vật lý, trong đó một viên đạn có khối lượng m = 5kg bay với vận tốc 400 m/s theo góc α = 30° tác động vào một xe chở đầy cát có khối lượng M = 5000kg Khi viên đạn đập vào xe, nó nằm ngập trong cát, cho thấy sự truyền năng lượng và động lượng giữa các vật thể trong quá trình va chạm Bài toán yêu cầu xác định vận tốc của xe sau va chạm, bỏ qua lực ma sát giữa xe và đường, giúp phân tích rõ hơn về các nguyên lý bảo toàn động lượng trong vật lý.
? Lời giải của HS: Xét hệ gồm xe và đạn
Ngoại lực tác dụng lên hệ: Trọng lực, phản lực của mặt đường Hai lực này cân bằng nhau nên hệ kín
Gọi v ' là vận tốc của hệ ngay sau khi đạn gặp xe
Trước khi đạn gặp xe, động lượng của hệ: P m v
Sau khi đạn gặp xe, động lượng của hệ: P ' ( M m ) v ' Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: P P ' m v ( M m ) v '
Chuyển về phương trình đại số:
! Sai lầm của lời giải:
HS cho rằng, ngoại lực tác dụng lên hệ xe cát + đạn gồm trọng lực và phản lực pháp tuyến của đường, hai lực này cân bằng nhau nên hệ này không thay đổi theo mọi phương Tuy nhiên, trước khi đạn va chạm với xe, đạn chuyển động theo phương hợp với phương ngang một góc α₀, chỉ ra rằng hệ này chỉ giữ kín theo phương ngang Do đó, chỉ có thành phần động lượng theo phương ngang được bảo toàn trong quá trình này.
Trong hệ gồm đạn và xe cát theo phương ngang, tổng các ngoại lực tác dụng lên hệ bằng 0, do đó động lượng theo phương ngang được bảo toàn Trước khi đạn gặp xe, động lượng của hệ là P = m*v, trong đó P_x = mv * cos α Ngay sau khi đạn va chạm với xe, động lượng của hệ thay đổi, nhưng theo quy tắc bảo toàn động lượng, tổng động lượng trước và sau va chạm vẫn giữ nguyên.
P ' ( M m ) v ' P ' x ( M m ) v ' x Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: x x P
Thực trạng của việc khai thác các quan niệm HS trong dạy học chương “Các định luật bảo toàn” vËt lÝ 10 bằng việc sử dụng BTVL
Qua điều tra và tham khảo ý kiến của các thầy cô giáo trong tổ bộ môn Vật lý tại Trường THPT Nguyễn Xuân Ôn, cho thấy rằng nhiều học sinh gặp các quan niệm sai lầm khi học chương "Các định luật bảo toàn", ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng tiếp thu kiến thức Những quan niệm sai lầm này phổ biến ở phần lớn học sinh và gây cản trở trong việc hiểu đúng các nội dung quan trọng của bài học Điều này dẫn đến khó khăn trong việc giải quyết các mâu thuẫn thực tế liên quan đến nội dung này Do đó, việc nhận diện và khắc phục những quan niệm sai lầm là yếu tố then chốt để nâng cao hiệu quả giảng dạy và học tập môn Vật lý.
Thực tế cho thấy, nếu chúng ta thiết kế các bài tập hoặc đề kiểm tra nhằm đánh giá kiến thức như những “cái bẫy”, thì đa số học sinh thường gặp khó khăn và dễ mắc lỗi Việc sử dụng các câu hỏi mang tính chất “bẫy” trong kiểm tra có thể ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng phản ánh đúng năng lực của học sinh Do đó, xây dựng đề kiểm tra sáng tạo và rõ ràng là yếu tố quan trọng để đánh giá chính xác trình độ học sinh, giúp họ phát huy tối đa khả năng của mình trong học tập.
Nhiều giáo viên chủ yếu dạy hoặc hướng dẫn học sinh tự chiếm lĩnh kiến thức dựa trên nội dung trong sách giáo khoa, mà bỏ qua việc tích hợp kiến thức mở rộng ngoài chương trình chính Điều này xuất phát từ nhiều nguyên nhân như thiếu sót của giáo viên hoặc sự thiếu cẩn thận và hiểu chưa rõ của học sinh, dẫn đến nhiều sai sót trong quá trình học Hiện nay, thực trạng các tiết học vật lý chủ yếu tập trung vào việc đảm bảo học sinh nắm vững kiến thức cơ bản trong SGK, ít chú trọng vào việc mở rộng và vận dụng kiến thức để phát triển toàn diện năng lực học sinh.
HS cũng không có cơ hội để bộc lộ quan niệm của mình, nếu có thì cũng bị
Giáo viên thường "phớt lờ" các câu hỏi của học sinh với lý do sợ "cháy giáo án" hoặc lo lắng rằng học sinh không hiểu bài nếu trả lời Ngoài ra, nhiều giáo viên còn cảm thấy lúng túng khi đối mặt với những câu hỏi tưởng chừng "ngố" của học sinh, dẫn đến việc thiếu sự trao đổi trực tiếp và hiệu quả trong quá trình dạy học.
Hiện nay, phương pháp dạy học hướng đến việc đặt học sinh vào trung tâm, tăng cường tính tích cực và chủ động trong quá trình học tập Để phát hiện những hiểu biết sai lệch của học sinh, giáo viên nên chủ động tìm hiểu xem kiến thức của các em đã được vận dụng như thế nào, hay các quan niệm liên quan đến kiến thức mới ra sao trước khi các em tiếp cận nội dung mới Giáo viên cần dự đoán trước những sai lầm có thể mắc phải của học sinh và chuẩn bị các phương án phát hiện, điều chỉnh phù hợp, sử dụng các phương tiện như bài tập nghịch lý, thực tế hay thí nghiệm, cũng như xác định thời điểm đưa tình huống vào bài học để nâng cao hiệu quả Điều này giúp nâng cao chất lượng dạy học, góp phần phát triển năng lực tư duy phản biện của học sinh.
Hiện trạng dạy học vật lý đang đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc nhận diện đúng quan niệm của học sinh khi giảng dạy chương "Các định luật bảo toàn" Việc này đóng vai trò quan trọng để nâng cao hiệu quả học tập và hiểu biết của học sinh về các nguyên lý vật lý Để khắc phục tình trạng này, cần chú trọng đổi mới phương pháp giảng dạy, tăng cường hoạt động thực hành và kiểm tra đánh giá nhằm phát hiện và điều chỉnh những nhận thức sai lệch của học sinh Ngoài ra, việc xây dựng môi trường học tập tích cực cũng góp phần thúc đẩy sự tiếp cận và hiểu biết đúng đắn về các định luật trong vật lý Các biện pháp này sẽ giúp nâng cao chất lượng giảng dạy và góp phần thay đổi nhận thức của học sinh về chủ đề quan trọng này.
Kết luận chương 2
Chương 2 đã dựa trên lý luận về vai trò, tác dụng của BTVL, từ đó đã xem BTVL như một phương tiện để nâng cao chất lượng dạy học thông qua việc phát hiện và xử lí các quan niệm sai lầm của HS khi dạy học chương
“Các định luật bảo toàn” chương trình vật lí lớp 10
Bằng cách sử dụng phương pháp BTVL (bài tập thực tế, bài tập nghịch lý, ngụy biện, bài tập trắc nghiệm, ), đề tài đã làm rõ những quan niệm sai lầm phổ biến Phương pháp này giúp phân tích sâu về cách nhận thức sai lệch ảnh hưởng đến quá trình học tập và tư duy Việc vận dụng đa dạng các dạng bài tập BTVL giúp nâng cao khả năng tư duy phản biện và chỉnh sửa các hiểu biết sai lệch một cách hiệu quả Đồng thời, bài viết nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nhận diện và sửa chữa các quan niệm sai lầm để nâng cao chất lượng học tập và phát triển kiến thức chính xác.
HS thường mắc phải khi học chương “Các định luật bảo toàn” vật lí 10
- Sai lầm khi xác định hệ kín
- Sai lầm khi sử dụng định luật bảo toàn động lượng
- Sai lầm khi xác định thế năng
- Sai lầm khi giải các bài toán về công
- Sai lầm khi làm bài tập về động năng
Trong chương 2, đã chỉ ra những sai lầm phổ biến khi học sinh sử dụng định luật bảo toàn cơ năng và năng lượng, đồng thời nhấn mạnh thực trạng quan niệm của học sinh về các định luật này Phần này cũng đề xuất các xu hướng đổi mới trong quá trình dạy học nhằm phát hiện và sửa chữa những quan niệm sai lệch của học sinh, từ đó nâng cao chất lượng giảng dạy và giúp học sinh hiểu đúng bản chất của các định luật bảo toàn.
CHƯƠNG 3 SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ BÀI, MỤC TRONG CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” VẬT LÍ 10
CƠ BẢN THEO ĐỊNH HƯỚNG CỦA ĐỀ TÀI
Chương III này sẽ soạn thảo tiến trình dạy học của một số bài trong chương “Các định luật bảo toàn” vật lí 10 cơ bản với định hướng phát hiện và xử lí quan niệm của HS bằng cách sử dụng BTVL
1 Kiến thức: HS nắm được định nghĩa, công thức tính và đặc điểm của động năng, nắm được định lí động năng
2 Kĩ năng: Vận dụng được công thức, đặc điểm của động năng để giải thích được các hiện tượng và các bài toán liên quan
3 Thái độ: Biết liên hệ kiến thức bài học với thực tế, yêu thích môn học
1 GV: Bài tập vận dụng và bài tập mở rộng
2 HS: Đọc trước bài mới
III Tiến trình dạy học:
1 HĐ 1: Kiểm tra bài cũ, đặt vấn đề (5 phút)
HĐ của GV HĐ của HS Nội dung cần đạt
? Ở lớp 8 chúng ta đã biết những hình thức trao đổi năng lượng nào?
? Công sinh ra trong quá trình thực hiện công có quan hệ như thế nào với năng lượng mà vật mất đi hay nhận được?
? Năng lượng của vật có thể tồn tại dưới những dạng nào? Lấy ví dụ?
- Nhận xét các câu trả lời của HS và chuẩn hóa lại
- Chúng ta đã biết lũ quét hay sóng thần có sức tàn phá ghê gớm, ta nói nó có năng lượng
Vậy năng lượng này ở dạng nào?
Chúng ta đi vào bài học mới
HS lắng nghe, ghi nhớ
HS tiếp nhận thông báo và nhận thức vấn đề
2 HĐ 2: Tìm hiểu về động năng (23 phút)
HĐ của GV HĐ của HS Nội dung cần đạt
? Hãy cắt nghĩa từ “Động năng” và cho biết động năng là gì?
Trong bài toán này, vật m chịu tác dụng của lực F không đổi, dẫn đến chuyển động theo hướng của lực F và đi được quãng đường S, với vận tốc biến thiên từ v₁ đến v₂ Mục tiêu là xác định mối quan hệ giữa công A của lực F và các đại lượng m, v₁, v₂, giúp hiểu rõ ảnh hưởng của lực và động lượng tới quá trình chuyển động Học sinh cần hoàn thành bài toán để nắm vững cách tính công suất và mối liên hệ giữa các đại lượng vật lý này trong chuyển động thẳng biến đổi đều.
- Nếu vật chuyển động từ trạng thái nghỉ (v 1 =0) thì (25.1) có dạng như thế nào?
- Trong biểu thức (25.2) thì A là gì? Từ đó suy ra 2
(Hướng dẫn: vận dụng nhận xét
- Nhận xét, chuẩn hóa lại: Đại lượng 2
1 mv chính là năng lượng mà vật thu được trong quá trình lực F sinh công Năng lượng này được gọi là động năng, kí hiệu là
HS tiếp nhận bài toán và thực hiện yêu cầu của GV
HS lắng nghe, tiếp thu
Là năng lượng mà vật có được do nó đang chuyển động
3 Công thức tính động năng a Bài toán: SGK
W đ được gọi là động năng của vật
- Dựa vào biểu thức (25.3) hãy phát biểu định nghĩa động năng?
? Nhìn vào biểu thức (25.3) hãy cho biết đặc điểm của động năng?
- Nhận xét, chuẩn hóa lại
Bài toán: Quan sát một người đang ngồi trên toa tàu chuyển động với vận tốc v
HS 1: Động năng của người đó bằng 0
HS 2: Động năng của người đó khác 0 Ý kiến của em như thế nào?
- Nhận xét, chuẩn hóa lại: Động năng phụ thuộc vào vận tốc mà vận tốc có tính tương đối nên động năng cũng có tính tương đối
HS lắng nghe, ghi nhớ
HS nêu ý kiến của mình
HS lắng nghe, ghi nhớ
3 HĐ 3: Công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng (7 phút)
HĐ của GV HĐ của HS Nội dung cần đạt
? Từ biểu thức (25.2) hãy cho biết mối quan hệ giữa công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng?
4 Công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng
? Từ đó hãy rút ra các hệ quả khi
- Nhận xét, chuẩn hóa lại
HS lắng nghe, ghi nhớ
HĐ của GV HĐ của HS Nội dung cần đạt
Trong bài toán này, một người đang ngồi trên toa tàu chuyển động với vận tốc v1 và ném viên sỏi về phía trước với vận tốc v2 so với tàu Để tính động năng của viên sỏi so với mặt đất, cần kết hợp vận tốc của tàu và vận tốc của viên sỏi Động năng của viên sỏi so với mặt đất được tính bằng công thức \( \frac{1}{2} m (v_{\text{total}})^2 \), trong đó vận tốc tổng cộng của viên sỏi so với mặt đất là \( v_{\text{total}} = v_1 + v_2 \) Do đó, động năng của viên sỏi so với mặt đất là \( \frac{1}{2} m (v_1 + v_2)^2 \), giúp hiểu rõ về năng lượng của viên sỏi trong hệ quy chiếu mặt đất.
- GV cho HS lên bảng trình bày, yêu cầu HS khác nhận xét sau đó GV chuẩn hóa lại
* Lưu ý: Động năng không có tính chất cộng!
HS suy nghĩ làm bài
HS thực hiện, lắng nghe
Vận tốc của viên sỏi so với mặt đất: v v 1 v 2
Động năng của viên sỏi so với mặt đất là:
5 HĐ 5: Tổng kết bài học (2 phút)
- GV nhắc lại nội dung chính của bài, nhận xét giờ học, ra bài tập về nhà
- HS: lắng nghe, ghi nhớ, nhận nhiệm vụ
- Bài tập về nhà: Các bài tập trong SGK.
Giáo án số 2
+ HS nắm được định nghĩa và biểu thức của thế năng trọng trường
+ HS nắm được tính chất của thế năng và hiệu thế năng
+ HS vận dụng được kiến thức để giải các bài tập và giải thích các hiện tượng liên quan
II Tiến trình dạy học:
1 HĐ 1: Tìm hiểu định nghĩa và biểu thức của thế năng trọng trường
HĐ của GV HĐ của HS Nội dung cần đạt a) Một vật có độ cao z so với mặt đất có năng lượng không? Tại sao?
GV thông báo rằng dạng năng lượng gọi là thế năng, tức là năng lượng tiềm ẩn của vật trong trường hợp chưa chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác Thế năng là năng lượng lưu trữ trong vật dựa trên vị trí, ví dụ như một vật rơi từ độ cao z mà không có vận tốc ban đầu xuống mặt đất Hiểu rõ về thế năng giúp chúng ta nhận biết cách năng lượng tiềm ẩn chuyển đổi thành năng lượng động khi vật rơi tự do.
Tính công của trọng lực trong ví dụ trên?
! GV thông báo: Công A này được định nghĩa là thế năng của vật
Hãy định nghĩa thế năng theo cách định lượng? (Dựa vào biểu thức (26.1))
- Nếu vật ở mặt đất thì z ?;
- HS lắng nghe, tự định nghĩa lại
1 Thế năng trọng trường a) Định nghĩa: SGK b) Biểu thức thế năng trọng trường: mgz
- Mốc thế năng: là mặt phẳng mà tại đó
- GV chuẩn hóa: Khi vật ở mặt đất thì W t 0 ta nói trong trường hợp này mặt đất được chọn làm mốc thế năng
? Vậy mốc thế năng là gì?
? Thế năng có phụ thuộc vào mốc chọn thế năng không? Từ đó cho biết đại lượng z được xác định như thế nào?
? Yêu cầu HS làm câu C 3 (SGK) trong hai trường hợp: W t ( O ) 0 và
- Yêu cầu HS rút ra nhận xét
- GV chuẩn hóa lại, lưu ý HS khi tính độ cao z ta chọn chiều (+) hướng lên
W t phụ thuộc chọn mốc thế năng
HS lắng nghe, ghi nhớ
2 HĐ 2: Tìm hiểu mối liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực
Trong bài toán này, ta xem xét một vật có khối lượng m rơi từ điểm M với độ cao Z M xuống điểm N có độ cao Z N Công của trọng lực trong quá trình vật rơi được tính dựa trên sự biến đổi của thế năng trọng trường Cụ thể, công của lực hấp dẫn chính là độ biến thiên của thế năng từ điểm M đến N, bằng tích của khối lượng, gia tốc trọng trường và chênh lệch độ cao (m · g · (Z M - Z N)) Bài toán yêu cầu tính công của trọng lực khi vật rơi từ điểm cao này xuống điểm thấp hơn, dựa vào các đặc điểm về khối lượng và độ cao của vật trong quá trình chuyển động Các nội dung cần đạt bao gồm hiểu rõ khái niệm công của trọng lực, cách tính công dựa trên sự thay đổi thế năng, và vận dụng công thức để giải bài toán một cách chính xác.
Từ đó tìm mối liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực?
- Nhận xét câu trả lời của HS
? Hãy phát biểu thành lời biểu thức (26.2)?
Từ biểu thức (26.2), ta có thể rút ra các hệ quả về sự thay đổi của thế năng khi vật tăng hoặc giảm độ cao Khi vật nâng lên, thế năng của vật tăng lên, phản ánh sự tích tụ năng lượng tiềm tàng theo chiều cao Ngược lại, khi vật rơi xuống, thế năng của nó giảm đi, chuyển hóa thành động năng Công của trọng lực trong quá trình này luôn dương khi vật nâng lên và âm khi vật rơi xuống, thể hiện tính chất công tác của lực hấp dẫn theo hướng di chuyển của vật.
- Nhận xét, chuẩn hóa lại
HS tiếp nhận bài toán và làm việc
HS lắng nghe, ghi nhớ
2 Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực
3 HĐ 3: Vận dụng, mở rộng (10 phút)
HĐ của GV HĐ của HS Nội dung cần đạt
Bài toán: Có ý kiến cho rằng vì HS tiếp nhận Giải:
O x z M z N thế thế năng phụ thuộc vào mốc tính thế năng nên hiệu thế năng cũng phụ thuộc vào mốc tính thế năng Ý kiến trên có đúng không?
- Hướng dẫn: Ở hình 26.3 người ta chọn O làm mốc thế năng Vậy nếu ta chọn N làm mốc thế năng thì kết quả sẽ như thế nào?
- Yêu cầu HS đưa ra ý kiến của mình
- Nhận xét, chuẩn hóa lại
- Lưu ý HS: z ở trong biểu thức z g m
W t là độ cao của vật so với mốc tính thế năng bài toán, suy nghĩ, trả lời
HS nghe hướng dẫn của GV và làm việc
HS lắng nghe, ghi nhớ
(giống với kết quả khi chọn O làm mốc thế năng)
không phụ thuộc vào mốc chọn thế năng.
Giáo án số 3
- Nắm được định nghĩa và biểu thức của cơ năng, xác định được cơ năng của một vật ở vị trí bất kì
- Nắm được định luật bảo toàn cơ năng, điều kiện áp dụng định luật
2 Kĩ năng: Vận dụng thành thạo định luật bảo toàn cơ năng để giải bài tập, từ đó mở rộng cho trường hợp cơ năng không được bảo toàn (định luật bảo toàn năng lượng)
3 Thái độ: Bồi dưỡng quan niệm về thế giới quan cho HS
Một số giáo viên tổng hợp có khả năng vận dụng, phát hiện và xử lý các quan niệm sai lệch của học sinh Trước bài mới, học sinh cần ôn lại kiến thức về thế năng và động năng cũng như sử dụng sách giáo khoa để chuẩn bị tốt cho tiết học tiếp theo.
- Phương pháp: Sử dụng các tình huống có vấn đề, tăng cường tính tích cực của HS
III Tiến trình dạy học:
1 HĐ 1: Tìm hiểu về cơ năng (7 phút)
HĐ của GV HĐ của HS Nội dung cần đạt
- Hãy nghiên cứu mục 1 SGK, trang 142 và cho biết cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường là gì?
- Nhận xét, chuẩn hóa: Cơ năng nói chung: W W t W đ
HS nghiên cứu, trả lời
HS lắng nghe, ghi nhớ
I Cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường
2 HĐ 2: Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường
HĐ của GV HĐ của HS Nội dung cần đạt
Một vật m chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí
N Thiết lập mối quan hệ giữa cơ năng tại M và tại N?
- Hướng dẫn: Hãy tính công của trọng lực trong quá trình trên theo động năng, theo thế năng? Từ đó tìm yêu cầu của bài toán
- Yêu cầu HS trả lời, GV nhận xét, chuẩn hóa lại:
Trong trọng trường: const mv mgz W
- Từ biểu thức (27.1), hãy rút ra các nhận xét (hệ quả)?
- Nhận xét, chuẩn hóa lại
HS tiếp nhận bài toán và thực hiện yêu cầu
HS làm theo hướng dẫn
HS lắng nghe, ghi nhớ
3 Sự bảo toàn cơ năng của một vật trong trọng trường
3 HĐ 3: Trường hợp vật chịu tác dụng của lực đàn hồi Định luật bảo toàn cơ năng (10 phút)
HĐ của GV HĐ của HS Nội dung cần đạt
Hãy nghiên cứu SGK (mục II trang 144) và cho biết cơ năng của
HS nghiên cứu SGK và
II Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực
P một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi có được bảo toàn hay không?
Hãy thể hiện điều đó bằng biểu thức?
- GV nhận xét, chuẩn hóa: const l
- GV thông báo: Biểu thức (27.2) và (27.3) thể hiện nội dung của định luật bảo toàn cơ năng Hãy phát biểu nội dung đó trong trường hợp tổng quát?
Trong tổng thể, định luật chỉ chính xác khi vật chịu tác dụng của các lực thế, là những lực mà công của chúng không phụ thuộc vào đường đi hay hình dạng của vật mà chỉ dựa trên vị trí điểm bắt đầu và điểm kết thúc Các ví dụ điển hình của lực thế gồm trọng lực, lực đàn hồi, và các lực có đặc điểm tương tự GV nhận xét rằng, việc chuẩn hóa và mở rộng kiến thức về các lực thế giúp hiểu rõ hơn về phạm vi áp dụng của các định luật vật lý trong các hệ thống lý thuyết.
HS tiếp nhận thông báo, trả lời
Lắng nghe, ghi nhớ đàn hồi đ W t
III Định luật bảo toàn cơ năng
- Khi vật chịu tác dụng của lực thế (trọng lực, lực đàn hồi,…):
HĐ của GV HĐ của HS Nội dung cần đạt
Bài 1: Hoàn thành câu C2 (SGK)
- Yêu cầu HS hoàn thành trong 5 phút sau đó gọi HS lên bảng trình bày
- Yêu cầu HS khác nhận xét, sau đó chuẩn hóa lại.( Lưu ý HS việc chọn mốc thế năng)
Bài 2: Một người nhảy dù rơi xuống đất Định luật bảo toàn có đúng trong trường hợp này không? Tại sao?
- Yêu cầu HS suy nghĩ, trả lời
? Nếu định luật bảo toàn cơ năng đúng thì điều gì sẽ xảy ra?
HS chuẩn bị, lên bảng trình bày
HS lắng nghe, ghi nhớ
HS: Có đúng vì hệ người – trái đất là hệ kín
,hay cơ năng của vật không được bảo toàn
* Giải thích: Một phần cơ năng đã chuyển hóa thành nhiệt do ma sát giữa vật với không khí và mặt phẳng nghiêng
Bài 2: Để đơn giản ta xem như người nhảy dù rơi đều xuống đất vì đã có lực cản của không khí cân bằng với trọng lực Động năng của người không đổi nhưng thế năng giảm dần m
- Nhận xét, chuẩn hóa câu trả lời của HS
- Qua hai ví dụ trên hãy cho biết định luật bảo toàn cơ năng đúng trong điều kiện nào?
- GV nhận xét, nhấn mạnh: Định luật bảo toàn cơ năng đúng cho hệ kín nhưng phải là hệ không có ma sát, lực cản nghe
- HS lắng nghe, ghi nhớ
Vậy cơ năng giảm, định luật bảo toàn cơ năng không còn đúng nữa
- Nếu định luật bảo toàn cơ năng đúng thì vận tốc của người khi chạm đất sẽ rất lớn và sẽ gặp tai nạn
5 HĐ 5: Tổng kết bài học(3 phút):
- GV: Nhắc lại kiến thức trọng tâm, nhận xét giờ học, ra bài tập về nhà
- HS: Lắng nghe, ghi nhớ, nhận nhiệm vụ
Bài tập về nhà: Các bài tập trong SGK.
Nhận xét về việc phát hiện và khắc phục quan niệm của HS
Trong cả ba giáo án, đề tài đã tận dụng tối đa các biểu tượng trực quan trong các giai đoạn của quá trình dạy học như kiểm tra kiến thức ban đầu, nêu vấn đề, xây dựng kiến thức mới, củng cố và vận dụng Đặc biệt, đề tài tập trung đánh giá khả năng sử dụng các biểu tượng này để phát hiện và xử lý các quan niệm sai lầm của học sinh, từ đó giúp nâng cao hiệu quả dạy học Việc ứng dụng BTVL trong quá trình giảng dạy không chỉ hỗ trợ học sinh nhận diện các hiểu lầm mà còn định hướng giảng viên trong việc điều chỉnh phương pháp giảng dạy phù hợp.
Giáo án số 1 sử dụng BTVL xen kẽ trong hoạt động xây dựng kiến thức mới về tính chất của động năng nhằm giúp học sinh nhận biết những quan niệm ban đầu về tính chất của động năng, chẳng hạn như việc vật chuyển động sẽ có động năng Qua bài tập này, học sinh có thể chỉnh sửa những hiểu biết chưa đúng và củng cố kiến thức về một đặc điểm quan trọng của động năng, đó là tính tương đối của nó—một tính chất ít được học sinh để ý nhưng vô cùng ý nghĩa trong quá trình học tập.
Để củng cố và giúp học sinh vận dụng kiến thức đã học (được xử lý từ quan niệm sai lệch) vào thực tế, giáo án đã tích hợp hoạt động bổ sung, luyện tập vào phần vận dụng và củng cố kiến thức Việc sử dụng bài tập vận dụng giúp học sinh áp dụng hiệu quả những kiến thức đã học vào các tình huống thực tế, nâng cao khả năng thực hành và ghi nhớ kiến thức lâu dài Điều này không chỉ tăng cường hiệu quả dạy học mà còn giúp học sinh phát triển tư duy phản biện và giải quyết vấn đề một cách linh hoạt hơn.
Trong HĐ 1, chúng ta tập trung xây dựng kiến thức mới về thế năng trọng trường bằng cách đặt câu hỏi: “Thế năng có phụ thuộc vào mốc thế năng không?” Câu hỏi này giúp phát hiện các quan niệm của học sinh về vấn đề này, từ đó xác định rõ quan điểm và nhận thức ban đầu của các em về thế năng trọng trường, tạo nền tảng để hướng dẫn các em hiểu đúng kiến thức sau này.
Học sinh được giao nhiệm vụ hoàn thành câu C3 trong sách giáo khoa và trả lời các câu hỏi về cách xác định giá trị của z trong biểu thức Wt = mgz cũng như sự phụ thuộc của Wt vào mốc thế năng Việc trả lời các câu hỏi này giúp các em rút ra kiến thức cần ghi nhớ về ý nghĩa của mốc thế năng và cách tính công trong vật lý Đây là bước quan trọng để học sinh nắm vững các khái niệm liên quan đến năng lượng và công trong hệ quy chiếu trọng lực.
Trong giáo án số 3, việc sử dụng bài tập BTVL giúp nhận diện quan niệm sai của học sinh về điều kiện áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, cụ thể là hệ chỉ cần kín mới áp dụng được Qua đó, giáo viên có thể giúp học sinh hiểu rõ hơn về các yếu tố cần thiết để định luật này minh họa chính xác, từ đó nâng cao kiến thức và tư duy logic về vật lý.
HS kiến thức: Định luật bảo toàn cơ năng chỉ đúng cho trường hợp hệ đang xét là hệ kín và không có lực cản (ma sát)
3.5 Kết luận chương 3 Ở chương 3 đề tài đã cụ thể hóa việc sử dụng BTVL vào các quá trình của HĐ dạy học thông qua tiến trình dạy học của một số bài, mục trong chương “Các định luật bảo toàn”
Trong quá trình học, đề tài đã dự đoán các sai lầm mà học sinh có thể gặp phải trong từng đơn vị kiến thức, đồng thời sử dụng phương pháp BTVL để phát hiện những quan niệm sai lầm đó Sau đó, giáo viên giúp học sinh thực hành qua các bài tập, tự nhận diện và chỉnh sửa những sai lầm để hiểu đúng kiến thức khoa học Cuối cùng, BTVL hỗ trợ các em vận dụng và củng cố kiến thức đã học, giúp nâng cao hiệu quả học tập.
Quá trình tiếp nhận kiến thức khoa học vật lý của học sinh diễn ra theo một trình tự logic, giúp các em loại bỏ các quan niệm sai lầm và tiếp cận tri thức chính xác Việc xây dựng trình tự hợp lý này đảm bảo học sinh hiểu bài sâu sắc hơn, từ đó đạt được mục tiêu nâng cao nhận thức khoa học Vai trò của giáo viên là hướng dẫn và tổ chức các hoạt động học tập theo trình tự này để tối ưu hóa quá trình học và giúp học sinh thành công trong việc lĩnh hội kiến thức.
Nếu biết cách sử dụng và khai thác vai trò, chức năng của BTVL, chúng ta có thể phát hiện và xử lý hiệu quả những quan niệm sai lệch, góp phần nâng cao hiểu biết và phát triển bền vững trong lĩnh vực liên quan.
HS, góp phần nâng cao chất lượng dạy học chương “Các định luật bảo toàn”.
Kết luận ch-ơng 3
Như vậy đề tài này đã:
- Nghiên cứu cơ sở lí luận về quan niệm của HS và ảnh hưởng của nó đến chất lượng dạy học
- Nghiên cứu cơ sở thực tiễn của các quan niệm HS trong quá trình nhận thức khi học vật lí hiện nay
BTVL đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện và xử lý những quan niệm sai lầm của học sinh Chức năng của BTVL là giúp học sinh nhận diện các hiểu biết sai lệch, từ đó điều chỉnh và hình thành kiến thức đúng đắn Vai trò của BTVL không chỉ hỗ trợ quá trình học tập hiệu quả mà còn góp phần nâng cao nhận thức của học sinh về kiến thức đúng đắn, hạn chế các hiểu lầm trong quá trình tiếp thu kiến thức Tác dụng của BTVL thể hiện rõ qua khả năng cải thiện chất lượng học tập và khuyến khích tư duy phản biện, giúp học sinh tự tin trong việc nhận diện và sửa chữa các quan niệm sai lệch.
- Nghiên cứu nội dung chương “Các định luật bảo toàn” vật lí 10 (chương trình phân ban)
- Sử dụng BTVL để phát hiện những quan niệm sai lầm thường gặp ở
HS khi học chương “Các định luật bảo toàn”
- Nghiên cứu thực trạng của việc sử dụng BTVL vào HĐ dạy học vật lí ở trường phổ thông
- Cụ thể hóa định hướng của đề tài thông qua việc soạn thảo tiến trình dạy học một số bài, mục trong chương “Các định luật bảo toàn”
Kết quả quá trình nghiên cứu cho phép khẳng định nhiệm vụ của đề tài đã hoàn thành và đã đạt được mục đích đề ra
Dù chưa có điều kiện để tổ chức thực nghiệm sư phạm, các kết quả và kết luận của đề tài mang tính chủ quan, nhưng dựa trên các nghiên cứu tương tự đã có và vai trò quan trọng của BTVL đã được thực tiễn xác nhận, em tin tưởng rằng các tiến trình trong các bài, mục đã soạn thảo sẽ khả thi và góp phần nâng cao chất lượng dạy học chương "Các định luật bảo toàn" Khi điều kiện cho phép, em sẽ tổ chức thực nghiệm sư phạm để chỉnh sửa các bài, mục đã soạn và mở rộng kết quả nghiên cứu vào các chương, phần trong quá trình dạy học môn Vật lý ở trường phổ thông.