ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG HỌC PHẦN LÝ LUẬN DẠY HỌC VẬT LÝ 2

CHƯƠNG 2 Dạy học phần cơ học Số tiết: 10 Lý thuyết: 08 tiết; bài tập, thảo luận: 02 tiết A MỤC TIÊU:  Kiến thức: Học xong chương này sinh viên cần: + Biết những đặc điểm chung của phần

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG HỌC PHẦN

LÝ LUẬN DẠY HỌC VẬT LÝ 2

MỤC LỤC

MỤC LỤC 0

CHƯƠNG 1 Mở đầu 4

1.1 Đối tượng và nhiệm vụ của bộ môn 4

1.2 Những vấn đề lí luận chung trong xây dựng chương trình vật lí phổ thông 4

1.2.1 Cấu trúc chương trình 4

1.2.2 Các khuynh hướng khác nhau trong việc xây dựng chương trình vật lí phổ thông 5

1.3 Mục tiêu, định hướng và nguyên tắc đổi mới chương trình và sách giáo khoa của giáo dục phổ thông 6

1.3.1 Mục tiêu đổi mới chương trình và sách giáo khoa 6

1.3.2 Định hướng đổi mới chương trình và sách giáo khoa 6

1.4 Một số vấn đề về sách giáo khoa trước yêu cầu đổi mới hiện nay 7

1.4.1 Quan niệm về sách giáo khoa 7

1.4.2 Chức năng chủ yếu của sách giáo khoa 7

1.4.3 Những yêu cầu đối với việc biên soạn sách giáo khoa trung học phổ thông 8

1.4.4 Cấu trúc của một bài học trong sách giáo khoa 8

1.5 Tổng quát về chương trình vật lí phổ thông ở nước ta 8

1.5.1 Nhiệm vụ chung của dạy học vật lí ở trường phổ thông 8

1.5.2 Các quan điểm cơ bản để xây dựng chương trình vật lí phổ thông 9

1.5.3 Cấu trúc chương trình vật lí phổ thông ở nước ta 10

CHƯƠNG 2 Dạy học phần cơ học 11

2.1 Giới thiệu chung 11

2.2 Động học chất điểm 11

2.2.1 Phân tích nội dung kiến thức và phương pháp hình thành các khái niệm cơ bản trong sách giáo khoa phổ thông 11

2.2.2 Bài tập và thí nghiệm 15

2.2.3 Phương pháp dạy học một số kiến thức cụ thể 15

2.3 Động lực học chất điểm 15

2.3.1 Đặc điểm của phần động lực học và tĩnh học 15

2.3.2 Khái niệm quán tính 15

2.3.3 Các định luật về chuyển động 16

2.3.4 Khái niệm lực và khối lượng 18

2.3.5 Các lực cơ học 19

2.3.6 Bài tập và thí nghiệm phần động lực học 22

2.3.7 Tĩnh học 23

2.4 Các ĐLBT trong cơ học 24

2.4.1 Mở đầu 24

2.4.2 ĐLBT động lượng 24

2.4.3 ĐLBT năng lượng 25

CHƯƠNG 3 Dạy học phần vật lí phân tử và nhiệt học 28

3.1 Giới thiệu chung 28

3.2 Thuyết động học phân tử 29

3.2.1 Cơ sở của thuyết 29

3.2.2 Nội dung của thuyết 29

3.2.4 Thiếu sót của thuyết 30

3.2.5 Một số lưu ý khi dạy học 30

3.3 Các nguyên lí của nhiệt động lực học 31

3.3.1 Nhiệt độ 31

3.3.2 Nội năng 32

3.3.3 Nhiệt lượng 32

3.3.4 Các nguyên lí của nhiệt động lực học 33

3.3.5 Một số lưu ý khi dạy học 33

3.4 Tính chất của chất lỏng và chất rắn 34

3.4.1 Tính chất của chất lỏng 34

3.4.2 Tính chất của chất rắn 34

3.4.3 Một số lưu ý khi dạy học 35

CHƯƠNG 4 Dạy học phần điện học, điện từ học 37

4.1 Giới thiệu chung 37

4.2 Trường tĩnh điện 37

4.2.1 Đặc điểm của phần tĩnh điện 37

4.2.2 Phân tích nội dung kiến thức và phương pháp dạy học các khái niệm cơ bản 37

4.3 Dòng điện không đổi 41

4.3.1 Đặc điểm phần dòng điện không đổi 41

4.3.2 Phân tích nội dung kiến thức 41

4.4 Dòng điện trong các môi trường 43

4.4.1 Đặc điểm phần dòng điện trong các môi trường 43

4.4.2 Phân tích nội dung kiến thức 44

4.5 Từ trường 48

4.5.1 Đặc điểm phần từ trường 48

4.5.2 Phân tích nội dung kiến thức 48

CHƯƠNG 5 Dạy học phần quang học 52

5.1 Giới thiệu chung 52

5.2 Quang hình học 53

5.2.1 Đặc điểm phần quang hình học 53

5.2.2 Phân tích nội dung kiến thức 53

5.3 Các tính chất của ánh sáng 57

5.3.1 Đặc điểm phần các tính chất của ánh sáng 57

5.3.2 Phân tích nội dung kiến thức 57

CHƯƠNG 6 Dạy học phần vật lý hạt nhân 62

6.1 Giới thiệu chung 62

6.2 Sự phóng xạ 62

6.3 Phản ứng phân hạch 63

6.4 Phản ứng nhiệt hạch 64

CHƯƠNG 1

Mở đầu

Số tiết: 04 (Lý thuyết: 04 tiết; bài tập, thảo luận: 0 tiết)

A) MỤC TIÊU:

 Kiến thức: Học xong chương này sinh viên cần:

+ Biết các kiểu cấu trúc chương trình VLPT, các khuynh hướng khác nhau trong việc xây dựngchương trình vật lí phổ thông; mục tiêu, định hướng và nguyên tắc đổi mới chương trình và sáchgiáo khoa của giáo dục phổ thông

+ Hiểu đối tượng và nhiệm vụ của bộ môn, những chức năng chủ yếu của SGK, những yêu cầuđối với việc biên soạn SGK THPT, nhiệm vụ chung của dạy học vật lý ở trường phổ thông vàcấu trúc chương trình VLPT ở nước ta

+ Giải thích được tính hiện đại, gắn với thực tiễn và quan điểm phân hóa trong chương trình vàSGK vật lý THPT

 Kỹ năng: phân biệt được những nhiệm vụ của dạy học nói chung với dạy học, so sánh đượcđiểm giống và khác giữa chương trình vật lý chuẩn và chương trình vật lý nâng cao

B) NỘI DUNG:

1.1 Đối tượng và nhiệm vụ của bộ môn

- Đối tượng của Phân tích chương trình VLPT là chương trình và sách giáo khoa VLPT.

- Nhiệm vụ là nghiện cứu cấu trúc chương trình, nội dung kiến thức cách thể hiện nội dung

đó trong sách giáo khoa vật lý

- Cơ sở nghiện cứu của Phân tích chương trình gồm:

+ Khoa học vật lý: các kiến thức về vật lý đại cương, vật lý lý thuyết, vật lý kĩ thuật

+ Những kiến thức về lý luận dạy học bộ môn, những kiến thức về triết học, về tâm lý học

- Ưu điểm: tiết kiệm thời gian học tập

- Nhược điểm: không thể trình bày trọn vẹn những kiến thức "ban đầu" của vật lý học chonhững học sinh (HS) lớp dưới do khả năng nhận thức của các em còn rất hạn chế và do công cụcần thiết của toán học chưa được trang bị đầy đủ

kiến thức đó lại được trình bày cho HS ở các lớp cuối cấp nhưng ở mức độ sâu hơn, hoàn thiệnhơn trên cơ sở HS đã nắm được những kiến thức về hóa học và sử dụng được các công cụ toánhọc cần thiết trong việc nghiện cứu định lượng các khái niệm, các định luật, các lý thuyết vật lýmột cách chính xác.

- Ưu điểm: kiến thức được lặp đi lặp lại tạo điều kiện cho HS hiểu kĩ hơn, nhớ lâu hơn

- Nhược điểm: hao phí nhiều thời gian học tập, kiến thức cũ lặp lại làm mất hứng thú họctập ở HS khá giỏi

- Ưu điểm: Khắc phục được nhược điểm vốn có của kiểu cấu trúc đường thẳng và đồng tâm

1.2.2 Các khuynh hướng khác nhau trong việc xây dựng chương trình vật lí phổ thông

a Khuynh hướng chú trọng tính thực tiễn

Khuynh hướng này không đề cập đến tính toàn vẹn của tri thức vật lý mà chỉ cung cấp nhữngkiến thức rất đại cương cần thiết cho nhiều ngành nghề sau này Những kiến thức sâu hơn về vật lý

sẽ được trình bày ở bậc đại học hoặc các trường nghề liên quan đến vật lý học Điển hình củakhuynh hướng này là chương trình vật lý PSSC (Physical Science Study Commitee) của Mỹ gồm 4phần: Vũ trụ, Quang học và sóng, Cơ học, Điện học và cấu trúc nguyên tử

b Khuynh hướng chú trọng tính logic của vật lý học

- Theo khuynh hướng này, nội dung của vật lý học được trình bày tuân theo quá trình pháttriển của vật lý học và chia vật lý học ra thành các phần tách biệt: Cơ học, Nhiệt học, Điện và từhọc, Quang học, Vật lý nguyên tử và hạt nhân, Đại diện cho khuynh hướng này là chương trình

và sách giáo khoa vật lý của Liên Xô (cũ)

- Chú ý:

+ Cái khó khăn nhất theo khuynh hướng này là khi truyền thụ cho HS lớp dưới các kháiniệm quan trọng của cơ học như vận tốc, gia tốc, lực, khối lượng, Các hiện tượng tuần hoàn cónhững đặc trưng giống nhau và vì vậy nên xếp chung vào một phần để tiện cho việc truyền thụcũng như tiếp thu kiến thức của HS

+ Theo kiểu phân chia này, HS cảm nhận rằng hầu như các hiện tượng vật lý không thốngnhất với nhau: cơ năng, nhiệt năng, điện năng, quang năng, hầu như không có mối quan hệ vớinhau; từ trường và điện trường là hai dạng trường khác nhau; sóng điện từ khác sóng ánh sáng, Những cảm nhận đó gây ra khó khăn không ít trong việc tiếp thu kiến thức của HS

c Khuynh hướng chú trọng tính logic trong quá trình nhận thức của HS

Các nhà khoa học, các nhà sư phạm theo khuynh hướng này nhìn toàn bộ chương trình vật

lý là một thể thống nhất không cần thiết phải phân chia tách bạch thành các phần cơ, nhiệt, điệnquang, Những hiện tượng vật lý, những quá trình vật lý, những khái niệm vật lý nào dễ trìnhbày, dễ tiếp thu thì đưa lên trước, kiến thức nào khó thì đưa vào sau Điển hình của khuynhhướng này là chương trình vật lý của các nước châu Âu

1.3 Mục tiêu, định hướng và nguyên tắc đổi mới chương trình và sách giáo khoa của giáo dục phổ thông

1.3.1 Mục tiêu đổi mới chương trình và sách giáo khoa

Mục tiêu của việc đổi mới chương trình giáo dục phổ thông được xác định trong Nghịquyết 40 của Quốc hội 10 năm 2000 đã chỉ ra là:

Mục tiêu của việc đổi mới chương trình giáo dục phổ thông là xây dựng nội dung chương

trình, phương pháp giáo dục, sách giáo khoa phổ thông mới nhằm nâng cao chất lượng giáo dụctoàn diện thế hệ trẻ, đáp ứng yêu cầu phát triển nguồn nhân lực phục vụ công nghiệp hoá, hiệnđại hoá đất nước, phù hợp với thực tiễn và truyền thống Việt Nam; tiếp cận trình độ giáo dục phổthông ở các nước phát triển trong khu vực và thế giới

Việc đổi mới chương trình giáo dục phổ thông phải quán triệt mục tiêu, yêu cầu về nội

dung, phương pháp giáo dục của các bậc học, cấp học quy định trong Luật giáo dục; khắc phụcnhững mặt còn hạn chế của chương trình, sách giáo khoa hiện hành; tăng cường tính thực tiễn,

kỹ năng thực hành, năng lực tự học; coi trọng kiến thức khoa học xã hội và nhân văn; bổ sungnhững thành tựu khoa học và công nghệ hiện đại phù hợp với khả năng tiếp thu của HS

Bảo đảm sự thống nhất, kế thừa và phát triển của chương trình giáo dục; tăng cường tínhliên thông giữa giáo dục phổ thông với giáo dục nghề nghiệp, giáo dục đại học; thực hiện phânluồng trong hệ thống giáo dục quốc dân để tạo sự cân đối về cơ cấu nguồn nhân lực; bảo đảm sựthống nhất về chuẩn kiến thức và kỹ năng, có phương án vận dụng chương trình, sách giáo khoa(SGK) phù hợp với hoàn cảnh và điều kiện của các địa bàn khác nhau

Đổi mới nội dung chương trình, sách giáo khoa, phương pháp dạy và học phải được thựchiện đồng bộ với việc nâng cấp và đổi mới trang thiết bị dạy học, tổ chức đánh giá, thi cử, chuẩnhoá trường sở, đào tạo, bồi dưỡng giáo viên và công tác quản lý giáo dục

1.3.2 Định hướng đổi mới chương trình và sách giáo khoa

Việc đổi mới chương trình và sách giáo khoa của giáo dục phổ thông trong giai đoạn từnay đến năm 2020 sẽ theo các định hướng sau:

1 Chăm lo giáo dục toàn diện, đảm bảo sự giáo dục hài hòa về đức, trí, thể, mĩ, các kỹnăng cơ bản, chú ý định hướng nghề nghiệp, hình thành và phát triển cơ sở ban đầu của hệ thốngphẩm chất, năng lực cần thiết cho lớp người lao động phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiệnđại hóa đất nước (định hướng này được thể hiện trong các mục tiêu đào tạo của từng cấp, bậchọc, từng môn học và hoạt động)

2 Nội dung chương trình phải cơ bản, tinh giản, thiết thực và cập nhật sự phát triển khoahọc - công nghệ, kinh tế - xã hội, tăng cường thực hành vận dụng, gắn bó với thực tiễn ViệtNam, phát huy thế mạnh vốn có của giáo dục phổ thông Việt Nam, tiến kịp trình độ phát triểnchung cả chương trình giáo dục phổ thông của các nước trong khu vực và trên thế giới Đảm bảomột tỉ lệ thích đáng về khối lượng, thời lượng cho khoa học xã hội, nhân văn do ý nghĩa và tầmquan trọng của nó Quán triệt quan điểm thích hợp qua các môn học theo các mức độ cần thiết,phù hợp với cấp bậc học

3 Đẩy mạnh đổi mới phương pháp dạy học, giúp HS biết cách tự học và hợp tác trong họctập, tích cực, chủ động, sáng tạo trong phát hiện và giải quyết vấn đề để tự chiếm lĩnh tri thứcmới; giúp HS tự đánh giá năng lực của bản thân Chú ý tăng cường các hoạt động ngoài giờ lênlớp với nội dung và hình thức đa dạng

4 Chương trình và SGK phải có tính thống nhất cao, trình độ chuẩn của chương trình phùhợp với trình độ phát triển chung của số đông HS, tạo cơ hội và điều kiện học tập cho mọi trẻ em,phát triển năng lực của từng đối tượng HS, góp phần phát hiện và bồi dưỡng những HS có nănglực đặc biệt Tôn trọng các đặc điểm của địa phương, vùng miền khi chọn lựa tri thức, phân phốichương trình và biên soạn tài liệu hướng dẫn dạy học hoặc các tài liệu phục vụ giáo dục ở vùng,miền, đảm bảo tính khả thi của chương trình và SGK trong điều kiện rất đa dạng của đất nước.

5 Đổi mới quan niệm và cách soạn thảo chương trình và sách giáo khoa

- Chương trình không chỉ nêu nội dung và một số yêu cầu chung khi dạy học và thời lượngdạy học mà phải mang ý nghĩa của một kế hoạch hành động sư phạm, kết nối mục tiêu giáo dụcvới các lĩnh vực nội dung và phương pháp giáo dục, phương tiện dạy học và cách thức đánh giákết quả học tập của HS, đảm bảo sự liên tục giữa các cấp học, bậc học đảm bảo tính liên thônggiữa giáo dục phổ thông với giáo dục chuyên nghiệp

- SGK không chỉ là tài liệu thông báo các kiến thức sẵn có mà là tài liệu giúp HS tự học, tựphát hiện và giải quyết các vấn đề để chiếm lĩnh và vận dụng kiến thức mới một cách linh hoạt,chủ động và sáng tạo

- Chương trình và SGK được thể chế hóa theo Luật Giáo dục và được quản lý, chỉ đạo,đánh giá theo yêu cầu cụ thể của giai đoạn phát triển mới của đất nước, cố gắng giữ ổn định đểgóp phần không ngừng nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông, thực hiện tiết kiệm trong xuấtbản và sử dụng sách ở các cấp học

1.4 Một số vấn đề về sách giáo khoa trước yêu cầu đổi mới hiện nay

1.4.1 Quan niệm về sách giáo khoa

Điều 25 của Luật Giáo dục đã xác định "Sách giáo khoa để sử dụng chính thức, thống nhất,

ổn định trong dạy học, học tập ở nhà trường và các cơ sở giáo dục khác"

- SGK trước hết là sách của HS do Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức biên soạn và được banhành trên cơ sở thẩm định của Hội đồng quốc gia thẩm định SGK để sử dụng chính thức, thốngnhất và ổn định trong dạy học, học tập và đánh giá HS ở nhà trường và các cơ sở giáo dục phổthông khác

- SGK được coi là công trình nghiện cứu khoa học giáo dục

- SGK là tài liệu học tập chủ yếu dùng cho HS học tập đồng thời còn là tài liệu để giáoviên sử dụng trong việc chuẩn bị và tiến hành quá trình dạy học

1.4.2 Chức năng chủ yếu của sách giáo khoa

a Đối với người học

+ Cung cấp cho HS những kiến thức, kĩ năng cơ bản, hiện đại, thiết thực và có hệ thốngtheo những quy định trong chương trình của mỗi môn học

+ Góp phần hình thành cho HS phương pháp học tập chủ động, tích cực

+ Giúp cho HS có thể tự kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của mình

+ Giúp HS tra cứu, tham khảo

+ Góp phần hình thành và phát triển ở HS có khả năng ứng xử, có hành vi văn minh, giúp

HS ý thức được vị trí của mình trong phạm vi gia định, nhà trường và xã hội

+ Giúp HS liên kết những kiến thức, kĩ năng dã học với hành động của các em trong đờisống và sản xuất nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống cá nhân, gia đình và cộng đồng

b Đối với người dạy

+ Quy định phạm vi và mức độ kiến thức, kĩ năng mà người dạy cần phải thực hiện trongquá trình dạy học

+ Giúp giáo viên (GV) có phương hướng hành động thích hợp để cải tiến, đổi mới phươngpháp dạy học Đông thời có thể giúp người dạy khơi gợi và phát huy khả năng tự học của người học.+ Làm căn cứ chủ yếu để GV chuẩn bị giáo án, tiến hành bài giảng, tổ chức điều khiển lớphọc, đánh giá HS

+ Làm căn cứ để các cấp quản lý giáo dục kiểm tra đánh giá kết quả dạy và học ở trườngphổ thông

1.4.3 Những yêu cầu đối với việc biên soạn sách giáo khoa trung học phổ thông

a Phải xuất phát từ mục tiêu đào tạo của cấp học

b Đảm bảo tính hệ thống, chỉnh thể và yêu cầu kế thừa trong việc hoàn thiện nội dung học vấn phổ thông.

c Đảm bảo yêu cầu cơ bản, hiện đại, sát với thực tiễn Việt Nam

d Góp phần thực hiện yêu cầu đổi mới phương pháp và hình thức tổ chức dạy học.

e Coi trọng vai trò của phương tiện dạy học

f Góp phần đổi mới đánh giá kết quả học tập

g Chú ý tới tính khả thi và các vấn đề của địa phương

1.4.4 Cấu trúc của một bài học trong sách giáo khoa

a Mở đầu bài học

b Nội dung chính của bài học

c Phần tư liệu (nếu có)

d Phần câu hỏi và bài tập

e Phần tự đánh giá

1.5 Tổng quát về chương trình vật lí phổ thông ở nước ta

1.5.1 Nhiệm vụ chung của dạy học vật lí ở trường phổ thông

a Cung cấp cho HS những kiến thức phổ thông, cơ bản, tương đối có hệ thống, toàn diện về Vật

lý học Hệ thống kiến thức này phải thiết thực, có tính kỹ thuật tổng hợp và phải phù hợp với những quan điểm hiện đại của vật lý.

Những kiến thức này bao gồm:

+ Những khái niệm tương đối chính xác về các sự vật, hiện tượng và quá trình vật lýthường gặp trong đời sống và sản xuất thuộc các lĩnh vực cơ học, nhiệt học và vật lý phân tử,điện từ và điện tử học, quang học, vật lý nguyên tử và hạt nhân

+ Những định luật và nguyên lý vật lý cơ bản, được trình bày phải phù hợp năng lực toán

và năng lực suy luận logic của HS

+ Những nét chính về những thuyết vật lý quan trọng nhất như thuyết động học phân tử vềcấu tạo chất, thuyết điện tử, thuyết ánh sáng, thuyết cấu tạo nguyên tử,

+ Những hiểu biết cần thiết về phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình hóa trongvật lý học

+ Những nguyên tắc cơ bản của các ứng dụng quan trọng nhất của vật lý trong đời sốngsản xuất.

b Rèn luyện cho HS những kĩ năng cơ bản:

+ Các kĩ năng thu lượm thông tin về vật lý quan sát từ thực tế, thí nghiệm, điều tra, sưutầm tài liệu, tìm hiểu trên các phương tiện thông tin đại chúng, khai thác mạng internet,

+ Các kĩ năng xử lý thông tin về vật lý như: xây dựng bảng, biểu đồ, vẽ đồ thị, rút ra kếtluận bằng suy luận quy nạp, suy luận tương tự, khái quát hóa,

+ Các kĩ năng truyền đạt thông tin: thảo luận khoa học, báo cáo viết,

+ Các kĩ năng quan sát, đo lường, sử dụng công cụ và máy móc đo lường phổ biến và nănglực thực hiện những thí nghiệm vật lý đơn giản

+ Các kĩ năng giải các bài tập VLPT

+ Các kĩ năng vận dụng những kiến thức vật lý để giải thích các hiện tượng đơn giản vànhững ứng dụng phổ thông của vật lý học trong đời sống và sản xuất

+ Các kĩ năng sử dụng các thao tác tư duy logic như phân tích tổng hợp, quy nạp, diễndịch, trừu tượng hóa, khái quát hóa, và kĩ năng sử dụng phương pháp thực nghiệm

c Góp phần xây dựng cho HS thế giới quan khoa học và đạo đức cách mạng: giáo dục cho HS lòng yêu nước và yêu chủ nghĩa xã hội Rèn luyện cho HS những phẩm chất cần thiết của người lao động mới: tác phong làm việc cẩn thận, chu đáo; óc tìm tòi sáng tạo; tính trung thực, tính cần cù, ham học hỏi; thái độ đúng đắn với lao động và quý trọng thành quả lao động.

1.5.2 Các quan điểm cơ bản để xây dựng chương trình vật lí phổ thông

- Nội dung chủ yếu của chương trình VLPT nước ta là vật lý học cổ điển, nó là cái nềntảng của toàn bộ vật lý học và là bộ phận hữu cơ của nền học vấn phổ thông

- Chương trình vật lý phải đảm bảo tính hiện đại Tính hiện đại thể hiện ở:

+ Nội dung kiến thức đưa vào sách giáo khoa đã được bổ sung thệm như: thuyết tương đối,động lực học vật rắn chuyển động xung quanh một trục cố định, kiến thức về các hạt cơ bản và

 Quan điểm cấu trúc (quan điểm cơ chế vi mô) là quan điểm đi sâu vào cấu trúc của vậtchất để vạch ra cơ chế vi mô của hiện tượng Để mô tả một hiện tượng vật lý, bên cạnh các thông

số vĩ mô còn sử dụng các thông số vi mô bằng con đường lý thuyết thành các định luật vàphương trình giúp ta tiên đoán các hiện tượng về mặt lý thuyết

 Quan điểm năng lượng dùng để nghiện cứu các hiện tượng, các quá trình nhờ các thông

số đặc trưng cho năng lượng, trên cơ sở định luật và bảo toàn năng lượng

- Coi trọng các phương pháp vật lý tức là đưa một cách tường minh các phương pháp vật lýtrong việc trình bày kiến thức ở SGK Trong các phương pháp vật lý phương pháp được quantâm nhiều nhất trong chương trình VLPT là phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình

- Chương trình và sách giáo khoa vật lý phải gắn với thực tiễn.

- Quan điểm phân hóa là quan điểm quan trọng trong lý luận dạy học nhằm tạo điều kiệncho mỗi người học đạt được kết quả tốt nhất tùy thuộc vào khả năng và trình độ tiếp thu của từng

cá nhân Chương trình VLPT hiện nay ở nước ta hiện nay gồm hai bộ chương trình: Chươngtrình chuẩn và Chương trình nâng cao

- Quan điểm đồng cấu trúc thể hiện trong các chương trình đầu cấp tạo điều kiện chuyển đổihọc sinh giữa các ban sau khi đã học xong ở lớp đầu cấp của chương trình trung học chuyên ban

1.5.3 Cấu trúc chương trình vật lí phổ thông ở nước ta

Chương trình vật lý của nước ta bắt đầu từ lớp 6, được tổ chức theo kiểu cấu trúc bậc vàđược chia thành các phần Cơ, Nhiệt, điện, quang, Chương trình VLPT được thiết kế như sau:

- Vật lý THCS:

Lớp 6: Cơ học, Nhiệt học; Lớp 7: Quang học, Âm học, Điện học; Lớp 8: Cơ học, Nhiệt họcLớp 9: Điện học, Điện từ học, Quang học, Sự bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

- Vật lý THPT:

Lớp 10 + Cơ học, Nhiệt học + Cơ học, Nhiệt học

Lớp 11 + Điện học - Điện từ học, Quang hình học + Điện học - Điện từ học, Quang hình họcLớp 12 + Cơ học, Dao động và sóng, Dòng điện

xoay chiều, Quang học, Vật lý nguyên tử

hạt nhân, Hạt cơ bản, vũ trụ

+ Cơ học, Dao động và sóng, Dòng điệnxoay chiều, Quang học, Thuyết tương đối,Vật lý nguyên tử hạt nhân, Hạt cơ bản, vũtrụ

C) TÀI LIỆU HỌC TẬP

1 Lê Công Triêm, Lê Thúc Tuấn, Bài giảng Phân tích chương trình VLPT, Đại học sư phạm

Huế, 2004

2 Sách giáo khoa Vật lý 10, 11, 12, NXB Giáo dục, Hà Nội

3 Phân phối chương trình Vật lý THPT, Bộ Giáo dục và Đào tạo

D) CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN CỦA CHƯƠNG

1 Trình bày mục tiêu, định hướng và nguyên tắc đổi mới chương trình và sách giáo khoa củagiáo dục phổ thông

2 Nêu những yêu cầu đối với việc biên soạn sách giáo khoa trung học phổ thông

3 Trình bày nhiệm vụ chung của dạy học vật lí ở trường phổ thông

4 Nêu các quan điểm cơ bản để xây dựng chương trình vật lí phổ thông

5 Cho biết cấu trúc chương trình vật lí phổ thông ở nước ta hiện nay

CHƯƠNG 2 Dạy học phần cơ học

Số tiết: 10 (Lý thuyết: 08 tiết; bài tập, thảo luận: 02 tiết)

A) MỤC TIÊU:

 Kiến thức: Học xong chương này sinh viên cần:

+ Biết những đặc điểm chung của phần cơ học trong chương trình VLPT, biết cách phân tíchnhững nội dung cơ bản và cách hình thành những kiến thức cơ bản của phần động học chất điểm(vận tốc, gia tốc, ), động lực học chất điểm (các định luật Niu-tơn, các lực trong tự nhiên, quántính, lực và khối lượng), các ĐLBT trong cơ học (ĐLBT động lượng, ĐLBT năng lượng, ), phầntĩnh học

+ Hiểu những khó khăn nhất định khi dạy cho HS kiến thức cơ bản của chương động học chất điểm,động lực học chất điểm, các ĐLBT, những lưu ý về mặt phương pháp và phương tiện dạy học.+ Hiểu mức độ cần đạt của kiến thức, kĩ năng và mức độ thể hiện của chuẩn kiến thức kĩ năngtrong từng chương, từng bài học thuộc phần Cơ học

+ Vận dụng kiến thức về dạy học phần cơ học vào thiết kế hoạt động dạy học một số bài cụ thể

 Kỹ năng:

+ Phân tích mục tiêu và tiến trình dạy học các bài thuộc phần cơ học trong chương trình VLPT.+ Đánh giá ưu nhược điểm của một số phương pháp hình thành kiến thức cho HS trong SGK

B) NỘI DUNG:

2.1 Giới thiệu chung

Cơ học là một phần của vật lý học nghiện cứu hiện tượng chuyển động cơ học của các vật.Trong chương trình VLPT, cơ học được nghiện cứu ở lớp 10 và lớp 12, thường được chiathành các nội dung: Động học chất điểm, động lực học chất điểm, tĩnh học vật rắn, các ĐLBT và

cơ học chất lưu (chương trình nâng cao); Dao động và sóng cơ, chuyển quay của vật rắn

2.2 Động học chất điểm

2.2.1 Phân tích nội dung kiến thức và phương pháp hình thành các khái niệm cơ bản trong sách giáo khoa phổ thông

a Hệ quy chiếu, tính tương đối của chuyển động

Trong chương trình vật lý THPT, khái niệm về chuyển động cơ, khái niệm về hệ quy chiếudùng để xác định vị trí của vật trong không gian và xác định thời gian trong chuyển động đượcđưa ra ngay ở bài đầu tiên của chương Động học chất điểm

- Hệ quy chiếu bao gồm một hệ tọa độ và một đồng hồ đo thời gian:

Hệ quy chiếu  Hệ tọa độ gắn với vật mốc + Gốc thời gian.

Hệ quy chiếu ban đầu được xây dựng trong cơ học cổ điển Niu-tơn là một hệ đứng yêntuyệt đối, còn chuyển động của các vật đối với nó là chuyển động tuyệt đối Thực nghiệm đãchứng tỏ sự tồn tại một hệ quy chiếu tuyệt đối chỉ là ảo giác Hệ quy chiếu tuyệt đối của Niu-tơnkhông gắn với một vật bất động nào

- Nguyên lý tương đối cổ điển khẳng định rằng không thể nhận biết được chuyển độngthẳng và đều của một hệ vật bằng cách quan sát các hiện tượng cơ học diễn ra trong hệ đó

- Nguyên lý tương đối Galile nói lên sự không phân biệt được giữa sự đứng yên haychuyển động thẳng đều.

- Từ nội dung nguyên lý tương đối suy ra một số mệnh đề mà HS cần nắm vững:

+ Tọa độ, quỹ đạo, vận tốc là những khái niệm tương đối

+ Khoảng cách, khoảng không gian, gia tốc là những đại lượng tuyệt đối

- Cả ba định luật Niu-tơn đều đúng đắn như nhau

- Trong một hệ quy chiếu chỉ xảy ra một chuyển động đối với một chất điểm và ở mỗi thờiđiểm chỉ được xác định bằng một vector vận tốc Phép tính vector cho phép chúng ta xem rằngmột vector bất kì chính là tổng các vector thành phần của vector đó trên các trục tọa độ

b Vận tốc

* Nội dung khái niệm vận tốc:

- Vận tốc là một đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất nhanh hay chậm của chuyển động

và được đo bằng thương số giữa quãng đường đi được và khoảng thời gian đi hết quãng đường

đó Với định nghĩa này, vận tốc chưa phải là một đại lượng có hướng Để biểu thị đặc tính này,người ta biểu diễn vận tốc bằng một vectơ và nói thệm vectơ vận tốc có hướng trùng với hướngcủa chuyển động

- Việc ghép khái niệm "đường đi" với khái niệm "vectơ vận tốc" hoàn toàn thuận lợi vớichuyển động thẳng đều nhưng gặp rắc rối với chuyển động biến đổi và nhất là chuyển độngcong Trong chuyển động cong, vận tốc của chuyển động liên tục đổi hướng Do đó phải đưa vàokhái niệm "độ dời" thay cho khái niệm đường đi Vận tốc định nghĩa theo độ dời:

svt

* Phương pháp hình thành khái niệm vận tốc ở trường THPT:

Trong chương trình vật lý THPT, khái niệm vận tốc được hình thành theo con đường quy nạp

- Theo chương trình chuẩn:

+ Trước tiên hình thành cho HS khái niệm độ lớn của vận tốc tức thời, sau đó đưa ra kháiniệm về vectơ vận tốc tức thời Dựa trên khái niệm vận tốc tức thời đưa ra khái niệm về chuyểnđộng thẳng biến đổi đều

+ Một số lưu ý khi dạy học: Cần làm cho HS thông hiểu:

 Độ lớn của vận tốc tức thời tại vị trí M là đại lượng : v =Δ

Δst

trong đó, slà đoạn đường rất ngắn vật đi được trong khoảng thời gian rất ngắnt Đơn vị của vận tốc là mét trên giây (m/s).

 Vectơ vận tốc tức thời của một vật tại một điểm là một vectơ có gốc tại vật chuyển động, cóhướng của chuyển động và có độ dài tỉ lệ với độ lớn của vận tốc tức thời theo một tỉ xích nào đó

 Trong chuyển động thẳng biến đổi đều, độ lớn của vận tốc tức thời hoặc tăng đều, hoặcgiảm đều theo thời gian Chuyển động thẳng có độ lớn của vận tốc tức thời tăng đều theo thờigian gọi là chuyển động thẳng nhanh dần đều Chuyển động thẳng có độ lớn của vận tốc tức thờigiảm đều theo thời gian gọi là chuyển động thẳng chậm dần đều

- Theo chương trình nâng cao:

+ Trước tiên hình thành cho HS khái niệm độ dời nói chung, sau đó là khái niệm độ dờitrong chuyển động thẳng, tiếp đến là khái niệm vận tốc trung bình, rồi đến vận tốc tức thời.+ Một số lưu ý trong dạy học: Cần làm cho HS thông hiểu:

 Nếu khoảng thời gian t rất nhỏ, thì đại lượng v MM '

t





uuuurr

(khi t rất nhỏ), gọi là vectơvận tốc tức thời của chất điểm tại thời điểm t Vận tốc tức thời tại thời điểm t đặc trưng cho chiều

và độ nhanh hay chậm của chuyển động tại thời điểm đó Khi t rất nhỏ, trong chuyển độngthẳng thì x s, nên độ lớn của vận tốc tức thời luôn luôn bằng tốc độ tức thời

xvt





 (khi t rất nhỏ)  Đơn vị của vận tốc trung bình, vận tốc tức thời là mét trên giây (m/s)

c Gia tốc

* Nội dung khái niệm gia tốc:

- Những đặc trưng đầy đủ của một vectơ gia tốc phải được diễn đạt bằng một đạo hàm

+ Thành phần tiếp tuyến với quỹ đạo: biểu diễn sự thay đổi độ lớn của vận tốc

+ Thành phần pháp tuyến với quỹ đạo: biểu diễn sự thay đổi phương của vectơ vận tốc

Đối với chuyển động thẳng không có thành phần pháp tuyến, gia tốc chỉ đặc trưng cho sựbiến thiện nhanh hay chậm của vận tốc Đối với chuyển động tròn đều, chỉ có thành phần pháptuyến làm thay đổi liên tục phương của chuyển động.

* Phương pháp hình thành khái niệm gia tốc ở trường THPT:

- Theo chương trình chuẩn:

+ Xuất phát từ sự biến đổi vận tốc trong chuyển động thẳng biến đổi đều, để biểu thị chotính chất biến đổi nhanh hay chậm của vận tốc, ta xét độ biến thiện của vận tốc v trong mộtđơn vị thời gian và định nghĩa gia tốc theo công thức:

 Vectơ gia tốc cùng chiều với vectơ v

 Trong chuyển động nhanh dần không đổi chiều: a cùng phương cùng chiều với v

 Trong chuyển động chậm dần không đổi chiều: a cùng phương, ngược chiều với v.+ Chú ý: Nếu chỉ xác định được vectơ gia tốc mà chưa có chiều của vận tốc thì chưa thểxác định chuyển động là nhanh hay chậm

+ Một số lưu ý khi dạy học: Cần làm cho HS thông hiểu:

 Gia tốc của chuyển động thẳng là đại lượng xác định bằng thương số giữa độ biến thiệnvận tốc Δv và khoảng thời gian vận tốc biến thiện Δt







vattrong đó Δv  v - v0 là độ biến thiện vận tốc trong khoảng thời gian Δt  t - t0

Gia tốc là đại lượng vectơ :

0 0

Khi một vật chuyển động thẳng chậm dần đều, vectơ gia tốc ngược chiều với vectơ vận tốc

 Đơn vị gia tốc là mét trên giây bình phương (m/s2)

- Theo chương trình nâng cao:

+ Trước tiên hình thành cho HS khái niệm vectơ gia tốc trung bình trong chuyển độngthẳng, sau đó hình thành khái niệm vectơ gia tốc tức thời

+ Một số lưu ý khi dạy học: Cần làm cho HS thông hiểu:

 Gọi v1, v2 là các vectơ vận tốc của chất điểm chuyển động trên đường thẳng tại các thờiđiểm t1 v tà t 2 Trong khoảng thời gian t = t2 – t1 vectơ vận tốc biến đổi một lượng  v v 2 v1.Vectơ gia tốc trung bình, được định nghĩa là:

2 1 tb

và được gọi tắt là gia tốc tức thời

 Đơn vị của gia tốc là mét trên giây bình phương (m/s2)

- Nội dung cơ bản của phần động lực học là các định luật về chuyển động, các khái niệm

cơ bản: lực và khối lượng, các tịnh luật riêng cho từng loại lực trong cơ học và các phương phápđộng lực học

+ Các định luật Niu-tơn được xem như những nguyên lý lớn làm nền tảng cho việc tìmkiếm các định luật vật lý khác cũng như cho việc xây dựng và phát triển cơ học

+ Lực và khối lượng là hai khái niệm rất cơ bản mà Niu-tơn đã sử dụng để khái quát hóa

và định lượng những kết quả quan sát về hiện tượng tương tác giữa các vật cũng như về sựchuyển động của chúng Hai khái niệm này được hình thành trong mối liên hệ chặt chẽ với bađịnh luật Niu-tơn

- Phần tĩnh học nghiện cứu trạng thái cân bằng để tìm điều kiện đứng yên cho vật và có thể

sử dụng các kiến thức của phần động lực học để nghiện cứu điều kiện cân bằng

2.3.2 Khái niệm quán tính

- Cách thứ nhất: Quán tính là tính chất của các vật thể mà định luật I Niu-tơn diễn tả:+ Xu hướng giữ nguyên trạng thái đứng yên (vật có "tính ì")

+ Xu hướng giữ nguyên trạng thái chuyển động (vật chuyển động có "đà").

Theo cách hiểu này thì quán tính là một tính chất vốn có với mức độ như nhau của tất cảcác vật thể vật lý mà không loại trừ một vật thể nào Quán tính hiểu theo nghĩa đó là một tínhchất phổ biến, không đổi và không tách rời mọi vật Mọi vật đều có quán tính như nhau và khôngthể nói đến "số đo quán tính"

- Cách thứ hai: Có thể hiểu quán tính theo một ý nghĩa khác khi nói rằng một vật thể chịutác dụng của một lực hãm thì trước khi dừng lại còn có thể đi hết một khoảng cách nào đó "theoquán tính" Theo cách này, thuật ngữ quán tính gắn liền với định luật II Niu-tơn và có thể đưa rađược số đo "mức quán tính"

- Trong SGK hiện nay tính chất "quán tính" hiểu theo cách thứ nhất cùng với định luật INiu-tơn còn để diễn tả hết tính chất của thuật ngữ gắn liền với định luật II Niu-tơn, người tadùng thuật ngữ "mức quán tính":

+ Quán tính là tính chất bảo toàn vật tốc của vật thể trong chuyển động

+ Mức quán tính là tính chất của vật thể thu được gia tốc khác nhau dưới tác dụng củanhững lực không bằng nhau Khối lượng của một vật là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính

2.3.3 Các định luật về chuyển động

a Định luật I Niu-tơn

* Nội dung kiến thức:

- Aristot cho rằng trạng thái đứng yên là trạng thái tự nhiện của mọi vật khi không có vậtnào tác dụng lên nó, còn Galile và Niu-tơn dùng phương pháp thực nghiệm để chứng tỏ rằng xét

về mặt động lực học đứng yên chỉ là một trường hợp đặc biệt của chuyển động thẳng đều khi vậntốc ban đầu bằng không

- Định luật I cũng không phải đơn thuần là sản phẩm của phương pháp thực nghiệm màcòn là sản phẩm của trí tưởng tượng phong phú, của trình độ tư duy cao và của trực giác thiện tàicủa Galile và Niu-tơn

- Nội dung định luật: Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của

các lực có hợp lực bằng không, thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.

- Ý nghĩa của định luật I:

+ phát hiện mọi vật đều có quán tính

+ phát hiện ra hệ quy chiếu quán tính

+ chứa nội dung quan trọng: tính đồng nhất của thời gian, tính đồng chất và đẳng hướngcủa không gian

* Một số lưu ý khi dạy học:

- Muốn HS tin vào sự đúng đắn của định luật I, GV phải biết lựa chọn để mô tả các thínghiệm tình huống rồi cho HS nhận xét trong điều kiện nào vật sẽ đứng yên hay chuyển độngthẳng đều

- Thí nghiệm thả viên bi lăn trên máng nghiệng của Galile là một thí nghiệm điển hìnhhoặc có thể mô tả thí nghiệm khác: Cho viên bi lăn trên mặt bàn, sau một thời gian viên bi đó sẽdừng lại do ma sát Nếu giảm dần ma sát thì chuyển động sẽ xảy ra như thế nào? Và nếu chuyểnđộng không ma sát?

- Cần làm cho HS thông hiểu: Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác

dụng của các lực có hợp lực bằng không, thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, vật đangchuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều

b Định luật II Niu-tơn

* Nội dung kiến thức:

- Nội dung định luật: Lực tác dụng lên vật bằng tích khối lượng vật thể nhân với gia tốc màvật thu được

Cách khác: Gia tốc của một vật thể tỉ lệ thuận với lực tác dụng vào vật và tỉ lệ nghịch vớikhối lượng của nó

- Định luật II Niu-tơn là một định luật phổ biến vì luôn luôn đúng cho mọi sự tương táccho dù bản chất tương tác ấy là hoàn toàn khác nhau, các vật tương tác là hoàn toàn khác nhau.Người ta sử dụng định luật II để nghiện cứu chuyển động của viên đạn, của phân tử, của gió, củacác vì sao, của một chi tiết cơ khí,

- Định luật II Niu-tơn là định luật cơ bản của động lực học, nhờ nó mà ta tìm được gia tốccủa chuyển động và nếu biết thệm được các điều kiện ban đầu thì hoàn toàn có thể giải quyếtđược bài toán cơ bản về chuyển động của các vật

* Một số lưu ý khi dạy học:

Cần làm rõ cho HS thông hiểu:

+ Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật Độ lớn của gia tốc tỉ lệ với độlớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật

Fam



urr

hay Furmar+ Trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụng thì Fur là hợp lực của các lực đó và gia tốc

mà vật thu chính là gia tốc tổng hợp (mỗi lực riêng lẻ chỉ gây ra các gia tốc thành phần)

+ m là khối lượng của một vật hay nhiều vật liên kết chặt chẽ với nhau trong quá trìnhchuyển động dưới tác dụng của lực

+ Công thức trên đúng cho tất cả các loại lực và mọi loại chuyển động

c Định luật III Niu-tơn

* Nội dung kiến thức:

- Định luật III Niu-tơn xác định đặc tính tương tác của các vật được Niu-tơn phát biểu lần

đầu rằng: "Tác dụng bao giờ cũng bằng và ngược chiều với phản tác dụng Nói khác đi, các lực

tác dụng của hai vật lên nhau bao giờ cũng bằng nhau và hướng về hai phía ngược nhau".

- Đúng cho mọi tương tác dù bản chất của lực tương tác là gì và các vật tham gia tương tác chuyển động với vận tốc như thế nào

- Chỉ nói đến đặc tính của sự tương tác chứ không đề cập tới nguyên nhân của đặc tính đó, tức là chỉ cho biết rằng hễ có lực tác dụng thì nhất thiết phải có lực phản tác dụng và không cho biết vì sao lại như vậy

* Một số lưu ý khi dạy học:

- Cần làm cho HS thông hiểu:

+ Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lạivật A một lực Hai lực này có cùng giá, cùng độ lớn, nhưng ngược chiều.

B A A B

F   F 

hay FurBA  FurAB+ Một trong hai lực gọi là lực tác dụng còn lực kia gọi là phản lực

+ Lực và phản lực có những đặc điểm sau :

 Lực và phản lực luôn xuất hiện (hoặc mất đi) đồng thời

 Lực và phản lực là hai lực trực đối

 Lực và phản lực không cân bằng nhau vì chúng đặt vào hai vật khác nhau

- Hướng dẫn cho HS biết cách biểu diễn vectơ lực và phản lực trong các trường hợp như:một người đi bộ được trên mặt đất, búa đóng đinh vào gỗ, một vật nằm yên trên mặt bàn,

2.3.4 Khái niệm lực và khối lượng

a Khái niệm lực

* Nội dung khái niệm:

- Từ trước đến nay người ta vẫn cho rằng lực có hai biểu hiện:

+ Biểu hiện tĩnh học: gây ra biến dạng

+ Biểu hiện động lực học: gây ra gia tốc (làm biến đổi chuyển động)

- Định nghĩa theo SGK: Lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng của vật này vào vật khác,

kết quả là truyền gia tốc cho vật hoặc làm cho vật biến dạng.

- Quan điểm hiện đại về lực lại cho rằng lực chỉ có một tác dụng gây ra gia tốc, còn biếndạng là hệ quả của sự biến đổi chuyển động không đều của các phần tử nên có định nghĩa kháclà: Lực tác dụng lên vật là một đại lượng vectơ bằng tích của khối lượng m với gia tốc a mà vậtthu được dưới tác dụng của lực

- Công thức F ma  vừa là công thức của định luật II Niu-tơn nhưng cũng là công thứcđịnh nghĩa lực

* Một số lưu ý khi dạy học:

Chương trình và SGK trình bày khái niệm lực theo hai giai đoạn: giai đoạn trực giác và giai đoạn logic

- Giai đoạn trực giác: Dùng những ví dụ rất trực giác để HS thấy được lực là sự ảnh hưởng(hay tác dụng) của vật này lên vật khác: Vật thể rơi có gia tốc xuống mặt đất là do Trái Đất ảnhhưởng (tác dụng) lên nó; mẫu sắt (đặt gần nam châm) chuyển động là do nam châm ảnh hưởng(tác dung) lên nó,  Phải chăng những ảnh hưởng (tác dụng) đó là giống nhau và có cùng bảnchất? Từ những trực giác sơ khai đó đi đến trực giác cao hơn: lực là đại lượng vật lý đặc trưngcho tác dụng cơ học mà kết quả là truyền gia tốc cho vật hoặc làm cho vật biến dạng

- Giai đoạn logic: xảy ra sau khi đã có định luật II Niu-tơn F ma  Từ đó HS có cược địnhnghĩa định lượng về lực

b Khái niệm khối lượng

* Nội dung khái niệm:

- Khái niệm khối lượng đã xuất hiện trong hai định luật hoàn toàn độc lập với nhau: địnhluật II Niu-tơn và định luật vạn vật hấp dẫn  có hai khái niệm: Khối lượng quán tính và khối

lượng hấp dẫn Hai khái niệm này tuy khác nhau về vai trò trong cơ học nhưng lại trùng nhauđến kì lạ Hầu hết SGK chỉ hình thành khái niệm khối lượng quán tính và dùng chung cho cảtrường hợp hấp dẫn.

- Qua nhiều thí nghiệm: đối với hai vật thể tương tác với nhau thì tỉ số gia tốc mà chúngthu được là như nhau và không phụ thuộc vào tính chất tương tác mà chỉ phù thuộc vào một tínhchất đặc biệt nào đó tan biến chính bên trong của các vật thể tham gia tương tác - khối lượng

- Để đo khối lượng một vật, người ta dùng phương pháp cân, phương pháp này liên quanđến định luật vạn vật hấp dẫn và khối lượng nhận được là khối lượng hấp dẫn

- Khối lượng là số đo mức quán tính của vật

* Một số lưu ý khi dạy học:

- Giai đoạn trực giác: khối lượng được trình bày theo quan niệm của Niu-tơn là lượng chấtchứa trong vật Theo cách nói hiện đại "Khối lượng của một vật là một số tỉ lệ với mật độ nuclon

và thể tích của vật" Định nghĩa khối lượng là lượng vật chất, lượng nuclon là hoàn toàn hợp lýnhưng không thật hoàn toàn chính xác

- Giai đoạn logic: từ mối liên hệ đã biết m F

a

 , suy ra khối lượng là đại lượng vật lý đặctrưng cho mức quán tính của mỗi vật

- Cần làm cho HS thông hiểu:

+ Khối lượng là đại lượng vô hướng, dương và không đổi, đối với mỗi vật, đặc trưng chomức quán tính của vật

+ Khối lượng có tính chất cộng được

+ Đơn vị của khối lượng là kilôgam (kg)

2.3.5 Các lực cơ học

a Lực hấp dẫn

- Niu-tơn cho rằng lực hấp dẫn là một loại lực phổ biến trong toàn vũ trụ Mọi khối lượngđều là nguồn lực hấp dẫn Khối lượng càng lớn thì lực hấp dẫn càng lớn và càng xa tâm hấp dẫnthì lực này càng nhỏ

- Định luật vạn vật hấp dẫn: Lực hấp dẫn giữa hai vật (coi như chất điểm) tỉ lệ thuận với

tích của hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng:

- Định luật vạn vật hấp dẫn đã đề ra một giả thuyết thực nghiệm: nếu có những lực kế rấtnhạy thì ta có thể tạo ra được thí nghiêm đo trực tiếp lực hấp dẫn giữa những vật thông thường,miễn là những vật này có khối lượng đủ lớn Cavendish là người đầu tiên dựng được thí nghiêmkhá tinh vi để đo trực tiếp lực hấp dẫn và hằng số hấp dẫn

- Trọng lực :

+ Là một trường hợp riêng của lực hấp dẫn, đó là lực hút của trái đất lên các vật đặt gần mặtđất Sự kiện đo gia tốc rơi tự do là cơ sở thực nghiệm để xác định những đặc điểm của trọng lực + Những tính chất của trọng lực là: đặt vào vật, hướng thẳng đứng xuống dưới, phụ thuộcvào độ cao và vĩ độ địa lí

- Trọng lượng :

+ Quan niệm thứ nhất: lực tác dụng lên giá đỡ hay dây treo do có lực tác dụng của trái đấtlên vật thì gọi là trọng lượng của vật Khi vật chuyển động trong thang máy, tùy theo gia tốcchuyển động của thang máy khác nhau mà vật có thể tăng, giảm trọng lượng hoặc không trọnglượng Như vậy trọng lượng của vật nhưng không hề đặt vào vật mà lại đặt vào vật khác (giá đỡhay dây treo) và bản chất của trọng lượng không phải là lực hấp dẫn mà chính là lực đàn hồi.+ Quan niệm thứ hai: Con số đọc được trên lực kế chính là trọng lượng của vật Nếu đặt lực

kế trong các hệ chuyển động có gia tốc khác nhau thì lực kế chỉ các giá trị khác nhau, nghĩa làtrọng lượng của vật thay đổi trọng lượng của vật cũng chính là lực mà vật tác dụng lên các vậtxung quanh Trong trường hợp trên chính là lực mà vật tác dụng lên lò xo, tức là tương tác vớicác vật xung quanh

+ Quan niệm thứ ba: trọng lượng của vật là hợp lực của trọng lực và lực quán tính tác dụnglên vật Trong hệ quy chiếu quán tính, mọi vật bị tác dụng bởi trọng lực P  mg và vật cũng có mg và vật cũng cótrọng lượng bằng P, còn trong hệ quy chiếu không quán tính, mọi vật có trọng lượng P + Fqt

- Một số lưu ý khi dạy học:

Trong quá trình dạy học cần làm cho HS thông hiểu:

+ Nội dung, biểu thức của định luật vạn vật hấp dẫn, ý nghĩa các đại lượng của định luật.+ Điều kiện để áp dụng định luật cho các vật thông thường:

 Khoảng cách giữa hai vật rất lớn so với kích thước của chúng

 Các vật đồng chất và có dạng hình cầu Khi ấy r là khoảng cách giữa hai tâm Lực hấp dẫnnằm trên đường nối hai tâm và đặt vào hai tâm đó

+ Trọng lực P mà Trái Đất tác dụng lên một vật khối lượng m là lực hấp dẫn giữa Trái Đất

(R h) ,với R là bán kính Trái Đất, h là độ cao của vật so với mặt đất Nếu vật ở gần mặt đất (h << R) thì :

+ Biểu thức của lực đàn hồi F = -kx,

+ Độ lớn của lực đàn hồi chỉ phụ thuộc vào độ biến dạng x

+ là cơ sở để tạo ra lực kế

- Một số lưu ý khi dạy học:

Trong quá trình dạy học cần làm cho HS thông hiểu:

+ Lực đàn hồi là lực xuất hiện khi một vật bị biến dạng đàn hồi, và có xu hướng chống lạinguyên nhân gây ra biến dạng ấy

+ Đặc điểm của lực đàn hồi của lò xo bị biến dạng nén hay giãn :

 Có điểm đặt đặt lên hai đầu lò xo.

 Có phương trùng với trục của lò xo

 Có chiều ngược với chiều biến dạng của lò xo

 Có độ lớn tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo

+ Định luật Húc : Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độbiến dạng của lò xo

+ Nếu lực tác dụng lên lò xo vượt quá một giá trị nào đó, lò xo sẽ không lấy lại được hìnhdạng ban đầu nữa Khi đó ta nói lực tác dụng đã vượt quá giới hạn đàn hồi của lò xo

c Lực ma sát

- Các lực ma sát thường được chia làm hai loại: ngoại ma sát và nội ma sát:

+ Lực ngoại ma sát xuất hiện ở bề mặt tiếp xúc giữa hai vật thể

+ Nội ma sát là lực tưang tác theo phưang tiếp tuyến giữa các lớp của cùng một chất khi có

xu hướng chuyển động đối với nhau

Trong chương trình VLPT, người ta thường chỉ đề cập đến ma sát khô (ma sát nghỉ, ma sáttrượt, ma sát lăn)

- Ma sát trượt:

+ Ma sát trượt xuất hiện ở bề mặt tiếp xúc của hai vật rắn khi chúng chuyển động "trượt"lên nhau

+ Khi các vật chuyển động với vận tốc nhỏ, độ lớn của lực ma sát nghỉ là: F  mg và vật cũng có μN, trong

đó μ là hệ số ma sát , N là lực nén vuông góc với bề mặt tiếp xúc

+ Độ lớn của lực ma sát trượt còn phụ thuộc vào vận tốc tương đối của chuyển động

- Ma sát lăn:

+ Ma sát lăn xuất hiện khi có sự lăn của vật này lên bề mặt của một vật khác

+ Độ lớn tỷ lệ với hệ số ma sát lăn μl tỷ lệ với lực nén vuông góc và tỷ lệ nghịch với bánkính của vật lăn

- Một số lưu ý khi dạy học:

Trong quá trình dạy học cần làm cho HS thông hiểu:

+ Lực ma sát trượt xuất hiện ở mặt tiếp xúc của vật đang trượt trên một bề mặt, có tác dụngcản trở chuyển động của vật trên bề mặt đó, có hướng ngược với hướng của vận tốc Lực ma sáttrượt không phụ thuộc diện tích bề mặt tiếp xúc và tốc độ của vật, nhưng phụ thuộc vào vật liệu

và tình trạng của hai mặt tiếp xúc (độ nhám, độ sạch, độ khô, …) Nó có độ lớn tỉ lệ với độ lớncủa áp lực theo công thức:

Lực ma sát nghỉ luôn cân bằng với ngoại lực Độ lớn của ngoại lực tăng thì lực ma sát nghỉ tăng

2.3.6 Bài tập và thí nghiệm phần động lực học

a Bài tập động lực học

- Dạng bài tập:

+ Biết các lực tác dụng lên vật, cần xác định chuyển động

+ Biết rõ chuyển động, cần xác định lực tác dụng lên vật

- Phương pháp giải: Phương pháp động lực học (ĐLH), tức là phương pháp vận dụng ba

định luật Niu-tơn và các định luật riêng về từng loại lực vào việc giải các bài tập cơ học

- Phương pháp ĐLH còn là sự vận dụng phương pháp tọa độ của toán học vào việc diễn tảcác công thức vật lý cũng như việc giải các bài tập vật lý Muốn sử dụng chính xác phương pháptọa độ thì cần phải thống nhất sử dụng ba loại ký hiệu cho cùng một đại lượng vectơ như sau:+ Ký hiệu F để chỉ vectơ lực,

+ Ký hiệu Fx, Fy để chỉ hình chiếu của vectơ lực lên các trục tọa độ Ox, Oy

+ Ký hiệu F để chỉ độ lớn của vectơ lực

- Các bước giải một bài toán động lực học:

1 Nghiện cứu đầu bài Đặc biệt chú ý đến vẽ hình và biểu diễn các lực trên hình vẽ, đổi đơn

Gồm các thí nghiệm minh họa cho định luật I, II, III Niu-tơn, minh họa cho lực quán tính litâm, thí nghiệm thực hành xác định hệ số ma sát

2.3.7 Tĩnh học

a Nội dung kiến thức

- Phần tĩnh học là xét sự cân bằng của vật rắn Vật rắn là những vật có kích thước đáng kể

vàhầu như không bị biến dạng hoặc bị gãy dưới tác dụng của lực Mỗi vật rắn có một điểm đặcbiệt gọi là trọng tâm của vật

- Khi chịu tác dụng của một hay nhiều lực thì vật rắn thu gia tốc và chuyển động Chuyểnđộng của vật rắn rất phức tạp Nó vừa chuyển động tịnh tiến có gia tốc như một chất điểm, đồngthời nó vừa quay xung quanh một trục đi qua trọng tâm của vật Sự có mặt của chuyển động quay

là nét đặc trưng chuyển động của vật rắn

b Một số lưu ý khi dạy học

- Trong khi dạy học cần làm cho HS thông hiểu:

+ Điều kiện cân bằng của một vật rắn khi chịu tác dụng của hai lực và ba lực không songsong từ đó hình thành ở HS quy tắc hợp lực hai lực đồng quy

+ Trong tâm của vật rắn là gì và phương pháp xác định trọng tâm của vật rắn

+ Mô men lực đối với một trục quay cố định, quy tắc momen lực

+ Nhận biết cân bằng của một vật có một điểm tựa hoặc một trục quay cố định và điều kiệncân bằng của một vật có mặt chân đế (chương trình cơ bản)

+ Chuyển động tịnh tiến của một vật rắn là chuyển động trong đó đường thẳng nối haiđiểm bất kì của vật luôn luôn song song với chính nó Trong chuyển động tịnh tiến, tất cả cácđiểm của vật đều chuyển động như nhau, đều có cùng một gia tốc

+ Momen lực tác dụng vào một vật quay quanh một trục cố định làm thay đổi tốc độ góccủa vật Chuyển động quay bị biến đổi, tức là quay nhanh dần hoặc quay chậm dần Mọi điểmcủa vật đều quay với cùng một tốc độ góc , gọi là tốc độ góc của vật:

 Vật quay đều thì  = const,

 Vật quay nhanh dần thì  tăng dần,

 Vật quay chậm dần thì  giảm dần

+ Quy tắc xác định hợp lực của hai lực song song cùng chiều

+ Hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vậtgọi là ngẫu lực.Momen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí của trục quay vuông góc với mặtphẳng chứa ngẫu lực

- Với học sinh phổ thông không cần đưa ra các thuật ngữ khác như khối tâm, tâm quán tính,

vì mỗi thuật ngữ lại gắn với một nhóm hiện tượng vật lý mà những hiện tượng này thì vừa khó,vừa không thiết thực đối với đa số HS bậc THPT

c Bài tập tĩnh học

- Cái khó nhất của bài tập phần tĩnh học là vấn đề phân tích lực Việc phân tích lực phụthuộc rất nhiều vào đặc điểm của loại liên kết như liên kết dây mềm, liên kết bản lề (liên kếtđộng) và liên kết chặt Liên kết chặt còn gọi là hệ siêu tĩnh và không thể dùng tĩnh học để giải các

bài toán siêu tĩnh Vì vậy các bài toán tĩnh học trong chương trình VLPT chỉ đề cập đến liên kếtdây mềm và liên kết bằng bản lề.

- Liên kết dây mềm:

+ Liên kết dây mềm là liên liên kết đơn giản vì dây có đặc điểm chỉ chịu lực kéo dãn.+ Nếu treo một vật vào hai dây treo thì dưới tác dụng của trọng lực lên vật mà vật tác dụngkéo căng cả hai dây

+ Lực của vật tác dụng lên hai dây có thể phân tích thành hai thành phần theo phương củahai dây

- Liên kết bản lề:

Giả sử có một thanh cứng AB có khối lượng không đáng kể, có thể quay quanh một trụcquay cố định B gắn chặt với tường

+ Nếu treo vào đầu A một vật m, thì dưới tác dụng của trọng lực mà vật m tác dụng lên đầu

A một lực P có tác dụng làm quay thanh xung quanh bản lề đồng thời nén (hay kéo dãn) thanh

AB Có thể phân tích P thành hai thành phần P1 vuông góc với thanh và P2 dọc theo thanh.+ Nếu giữ cho thanh không quay bằng cách dùng thệm một dây chằng AC thì lực P chỉ gâytác dụng kéo căng dây và tác dụng nén thanh AB Có thể phân tích P theo hai phương AC và AB.+ Thay dây AC bằng một thanh cứng AC có khối lượng không đáng kể, thanh này liên kếtvới thanh AB và với tường bằng các bản lề Khi cân bằng, hợp lực tác dụng lên mỗi thanh phảihướng dọc theo và vào trục quanh Có thể phân tích P thành hai thành phần dọc theo hai thanh

- Các ĐLBT trong cơ học cổ điển có:

+ ĐLBT động lượng

+ ĐLBT và chuyển hóa năng lượng

+ ĐLBT mômen động lượng

- Các bài toán cơ học có thể giải bằng phương pháp động lực học nhưng trong một số một

số bài toán khi các vật chuyển động có khối lượng biến đổi, nếu áp dụng định luật II Niu-tơn

F ma  thì hoàn toàn không thể được Điều đó bắt buộc phải đi tìm một dạng khác diễn tả địnhluật nói trên

- Các ĐLBT cung cấp thệm một phương pháp giải các bài toán cơ học rất hữu hiệu, bổ sungcho phương pháp động lực học Các ĐLBT không phụ thuộc vào quỹ đạo của các hạt và tính chấtcủa các lực tương tác

2.4.2 ĐLBT động lượng

a Nội dung kiến thức

- ĐLBT động lượng có thể phát biểu dưới nhiều hình thức khác nhau, nhưng nội dung cơ bản của nó là: "Tổng động lượng của một hệ kín được bảo toàn".

- Động lượng của một vật chuyển động là đại lượng đo bằng tích của khối lượng và vậntốc của vật: p m.v 

- Phân biệt động lượng với xung lượng ( F t )

b Phương pháp hình thành khái niệm động lượng và ĐLBT động lượng

- Theo chương trình nâng cao: Từ sự nghiện cứu tương tác của hai vật trong hệ kín, thấy có

sự truyền chuyển động từ vật này sang vật kia (do có thay đổi vận tốc) Sử dụng định luật II vàđịnh luật III Niu-tơn để dẫn tới một đại lượng mv mô tả chuyển động và đại lượng này của cả hệtrước và sau tương tác không thay đổi Từ đó đưa vào khái niệm động lượng rồi phát biểu kết quảdưới dạng ĐLBT động lượng Sau đó SGK có giới thiệu thí nghiệm kiểm chứng định luật này

- Theo chương trình chuẩn: đưa ra khái niệm xung lượng và động lượng trước sau đó xétbài toán tương tác của hai vật trong một hệ cô lập rồi đi đến phát biểu nội dung của định luật

- Nguyên tắc chung của động cơ phản lực là có một bộ phận đốt nhiện liệu để tạo ra mộtluồng khí phóng ra phía sau với vận tốc lớn, phần còn lại của động cơ sẽ chuyển động ngượcchiều theo ĐLBT động lượng Vận tốc chuyển động của động cơ sẽ phụ thuộc vào vận tốc vàkhối lượng khí phụt ra

d Một số lưu ý khi dạy học

- Điều kiện để áp dụng ĐLBT động lượng là hệ cô lập Do đó trong quá trình dạy học cầnlàm rõ cho HS khái niệm:

+ Hệ kín (hệ cô lập) là hệ chỉ có những lực của các vật trong hệ tác dụng lẫn nhau (gọi lànội lực) mà không có các lực tác dụng của các vật từ bên ngoài hệ (gọi là ngoại lực) hoặc nếu cóthì các lực này phải triệt tiêu lẫn nhau

+ Động lượng của hệ là tổng động lượng của các vật trong hệ

2.4.3 ĐLBT năng lượng

a Nội dung kiến thức của một số khái niệm và định luật

- Khái niệm công:

+ Năm 1886, nhà bác học người Pháp Poncelet cho rằng công bằng tích của lực tác dụnglên chất điểm theo phương chuyển dời và độ chuyển dời của điểm đặt lực Theo định nghĩa đó,tích F.s là dấu hiệu cho phép ta phân biệt một cách nhanh chóng các trường hợp có công thực hiện

và tính được công đó, song tích đó chưa thể hiện được bản chất của công

+ Bản chất vật lí của công chỉ được thể hiện rõ khi gắn khái niệm này với ĐLBT nănglượng Công xuất hiện khi có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác hay truyền

từ vật này sang vật khác Công không phải là một dạng năng lượng mà chính là một hình thức vĩ

mô của sự truyền năng lượng Từ đó suy ra độ lớn của công xác định độ lớn của phần năng lượngđược truyền từ vật này sang vật khác hay chuyển từ dạng này sang dạng khác trong quá trình đó.

- Khái niệm năng lượng:

+ Năng lượng là một hàm đơn giá của trạng thái của hệ và được xác định thông qua các tọa

độ, động lượng, nhiệt độ, áp suất, thể tích, cường độ từ trường, cường độ điện trường, tức là quacác đại lượng mà sự biến thiện của chúng là hình thức này hay hình thức khác của chuyển động.Bất kỳ một sự chuyển dịch nào của hệ vật từ trạng thái này sang trạng thái khác luôn luôn ứng vớimột sự biến thiện chặt chẽ của năng lượng

+ Năng lượng là thước đo thống nhất của các dạng chuyển động khác nhau của vật chất Mỗidạng chuyển động của vật lý học được đặc trưng bằng một dạng năng lượng riêng, có công thứcđịnh lượng tương ứng: cơ năng, nội năng, năng lượng điện từ, quang năng, năng lượng hạt nhân…

- ĐLBT công: Quá trình thực hiện công chỉ là một quá trình truyền hoặc biến đổi năng

lượng ĐLBT công thực chất là một hình thức đơn giản của ĐLBT năng lượng

b Một số lưu ý khi dạy học

- Khái niệm công:

+ Khái niệm công và bản chất của nó chỉ được hiểu trong mối quan hệ với khái niệm nănglượng và ĐLBT năng lượng Như vậy có nghĩa là phải nghiện cứu khái niệm năng lượng trước vàđộc lập với khái niệm công Tuy nhiện, việc xây dựng khái niệm năng lượng một cách tổng quátlại gặp khó khăn vì học sinh chưa có những hiểu biết cần thiết về các dạng chuyển động khác vớichuyển động cơ học

+ Trong các SGK hiện hành xuất phát từ định nghĩa khái niệm công A = F.s mà chưa cầnđưa ra bản chất là gì Cách làm này tuy không được chặt chẽ về mặt logic nhưng dễ hiểu đối vớihọc sinh vì nó xuất phát từ thực tiễn cần phải đưa ra hai khái niệm công và năng lượng Ban đầucần thiết phải có sự chấp nhận rồi sau đó mới đi sâu vào bản chất

- Khái niệm năng lượng, động năng, thế năng:

+ Xuất phát từ khái niệm công và nói công của một vật là công của lực do vật ấy tác dụnglên một vật khác Mỗi vật tùy theo trạng thái của nó mà có thể thực hiện công nhiều hay ít Trên

cơ sở đó người ta ra khái niệm năng lượng để đặc trưng cho khả năng sinh công của vật

+ Sách giáo khoa hiện hành đưa ra khái niệm động năng trước, sau đó dùng thí nghiệmtưởng tượng để đi tìm biểu thức của động năng

+ Thế năng là năng lượng mà một hệ vật (hay một vật) có được do có sự tương tác giữa cácvật trong hệ Chú ý rằng chỉ trong trường hợp các lực tương tác là lực thế thì mới tạo ra thế năngcủa vật

+ Khi tính thế năng của một hệ vật, ta phải chọn một vị trí nào đó và quy ước rằng thế năng

ở đó bằng không Sau đó, thế năng của hệ ở những vị trí khác được tính so với mức thế năng bằngkhông đó

C) TÀI LIỆU HỌC TẬP

1 Lê Công Triêm, Lê Thúc Tuấn, Bài giảng Phân tích chương trình VLPT, Đại học sư phạm

Huế, 2004

2 SGK, sách giáo viên Vật lý 10 (chương trình cơ bản và nâng cao), NXB Giáo dục, Hà Nội

3 Hướng dẫn thực hiện Chuẩn kiến thức, kĩ năng môn vật lý 10, Bộ Giáo dục và Đào tạo

D) CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN CỦA CHƯƠNG

1 Cho biết việc hình thành khái niệm vận tốc và gia tốc cho HS trong chương trình VLPT cónhững khó khăn gì? Trong quá trình dạy học cần lưu ý điều gì?

2 Theo chuẩn kiến thức, kĩ năng hiện nay khi dạy HS về vận tốc và gia tốc, các định luật tơn, ĐLBT động lượng, ĐLBT năng lượng cần đạt được những yêu cầu gì và mức độ thể hiệncủa chuẩn kiến thức kĩ năng như thế nào?

Niu-3 Để tổ chức hoạt động dạy học các kiến thức trong phần cơ học có thể sử dụng phương pháp vàphương tiện dạy học nào?

4 Soạn kế hoạch bài dạy các bài học trong SGK Vật lý 10 chương trình chuẩn sau:

+ Bài 10 Ba định luật Niu-tơn

+ Bài 27 Cơ năng

5 Hãy vận dụng kiến thức về lí luận dạy học Vật lý để chuẩn bị dạy học những bài trong SGKVật lý 10 chương trình chuẩn dưới đây nhằm phát huy tính tích cực, tự lực sáng tạo của HS:+ Bài 4 Sự rơi tự do

+ Bài 9 Tổng hợp và phân tích lực Điều kiện cân bằng của chất điểm

+ Bài 23 Động lượng Định luật bảo toàn động lượng

CHƯƠNG 3 Dạy học phần vật lí phân tử và nhiệt học

Số tiết: 7 (Lý thuyết: 5 tiết; bài tập, thảo luận: 02 tiết)

A) MỤC TIÊU:

 Kiến thức: Học xong chương này sinh viên cần:

+ Biết những đặc điểm chung của phần vật lý phân tử và nhiệt học trong chương trình VLPT,biết cách phân tích những nội dung cơ bản và cách hình thành những kiến thức cơ bản của phầnthuyết động học phân tử, phần các nguyên lý nhiệt động lực học (nhiệt độ, nội năng, nhiệtlượng, ); phần tính chất của chất lỏng và chất rắn

+ Hiểu những khó khăn nhất định khi dạy cho HS kiến thức cơ bản của phần thuyết động họcphân tử, phần các nguyên lý nhiệt động lực học, phần tính chất của chất lỏng và chất rắn; phương

án trình bày những kiến thức này trong SGK, những lưu ý về mặt phương pháp và phương tiệndạy học

+ Hiểu mức độ cần đạt của kiến thức, kĩ năng và mức độ thể hiện của chuẩn kiến thức kĩ năngtrong từng chương, từng bài học thuộc phần Vật lý phân tử và nhiệt học

+ Vận dụng kiến thức về dạy học phần vật lý phân tử và nhiệt học vào thiết kế hoạt động dạy họcmột số bài cụ thể

3.1 Giới thiệu chung

- Vật lý phân tử là một phần của vật lý nghiện cứu các tính chất vật lý của các vật, các tính

chất đặc thù của tập hợp các trạng thái của vật và nghiện cứu các quá trình chuyển pha phụ thuộcvào cấu trúc phân tử của các vật, phụ thuộc vào lực tương tác của các phân tử và tính chất chuyểnđộng nhiệt của các hạt

- Nhiệt học (hoặc ở phạm vi sâu hơn là Nhiệt động lực học) nghiện cứu các tính chất vật lýcủa hệ vĩ mô (vật thể và trường) trên cơ sở phân tích những biến đổi năng lượng có thể có của hệ

mà không tính đến các cấu trúc vi mô của chúng Cơ sở của Nhiệt động lực học là ba định luậtthực nghiệm, hay còn gọi là các nguyên lý nhiệt động

- Nghiện cứu vật lý phân tử và nhiệt học tạo một bước chuyển mới trong hoạt động nhậnthức của học sinh:

+ Chất lượng mới của các hiện tượng nhiệt được giải thích bằng hai sự kiện: Cấu trúc giánđoạn của vật chất và số rất lớn các hạt tương tác (phân tử, nguyên tử )

+ Việc giải thích các hiện tượng đòi hỏi phải đưa ra một loạt khái niệm mới: Các đại lượngtrung bình, sự cân bằng nhiệt, nhiệt độ, nội năng, nhiệt lượng Ngoài các quy luật mang tínhđộng học, hệ nhiều hạt còn bị các quy luật khác chi phối, đó là các quy luật mang tính thống kê

- Phương pháp nghiện cứu: phương pháp thống kê, phương pháp nhiệt động lực học

- Chương trình vật lý phân tử và nhiệt học ở trường phổ thông thường bao gồm ba nhómvấn đề: Các hiện tượng nhiệt, các định luật thực nghiệm chất khí, thuyết động học phân tử; Các

nguyên lý của nhiệt động lực học; Tính chất của các chất (khí, lỏng, rắn).

3.2 Thuyết động học phân tử

3.2.1 Cơ sở của thuyết

a Cơ sở kinh nghiệm

- Thuyết động học phân tử (ban đầu là thuyết cấu tạo chất) được kế thừa những quan điểm

cổ đại nhất về cấu tạo chất và là kết quả của cuộc đấu tranh kéo dài nhiều thế kỷ giữa những quanniệm đối lập nhau về bản chất của nhiệt:

+ Demokritos cho rằng vật chất được cấu tạo một cách gián đoạn từ các hạt, đối lập vớitrường phái cho rằng vật chất được cấu tạo một cách liên tục từ một số chất cơ bản

+ Giả thuyết cho rằng nhiệt có được là do chuyển động của các hạt vật chất ra đời trước giảthuyết về "chất nhiệt" và được các nhà bác học Hooke, Boyle, Niu-tơn, Lomonosov ủng hộ Những thành tựu nguyên tử luận trong hóa học đã góp phần quan trọng đến sự ra đời củathuyết động học phân tử Sự ra đời của số Avogadro cho phép xác định được khối lượng của từngnguyên tử Nguyên tử từ chỗ là sản phẩm đơn thuần của trí tưởng tượng của con người đã dần dầntrở thành một thực thể vật lý

b Cơ sở thực nghiệm

Những sự kiện thực nghiệm về chất khí có quan hệ trực tiếp đến sự ra đời của thuyết độnghọc phân tử là các công trình của Boyle, Mariotte, Gay-Lussac và Charles Năm 1834 Clapeyronthâu tóm thành một công thức tổng quá PV = RT biểu diễn phương trình trạng thái của chất khí

Sự phát hiện ra chuyển động Brown cũng như hiện tượng khuếch tán của Loschmidt là những cơ

sở thực nghiệm quan trọng

c Các mô hình đầu tiên

- Mô hình tĩnh học chất khí của Boyle: chất khí là do các hạt vật chất hình cầu rất nhỏ tạothành và có tính chất đàn hồi như cao su

- Mô hình động học chất khí của Bernoulli: chất khí được cấu tạo bởi những hạt vật chấtchuyển động hỗn loạn và không ngừng

3.2.2 Nội dung của thuyết

a Tư tưởng cơ bản của thuyết động học phân tử

Thuyết động học phân tử về thực chất có thể coi là sự vận dụng tư tưởng của cơ học tơn vào thế giới vi mô Các quan điểm cơ bản của thuyết là:

Niu-+ Vật chất được cấu tạo gián đoạn từ các hạt rất nhỏ gọi là phân tử,

+ Các phân tử chuyển động hỗn loạn và không ngừng,

+ Các phân tử tương tác với nhau bằng các lực hút và lực đẩy,

+ Chuyển động và tương tác của các phân tử tuân theo các định luật cơ học của Niu-tơn

b Các định luật và phương trình cơ bản

Phương trình cơ bản là: p 2nWd

3

 , trong đó p là áp suất chất khí, n là mật độ phân tử khí,

Wđ là động năng trung bình của phân tử khí

Phương trình này cho thấy mối quan hệ giữa các đại lượng vĩ mô và vi mô, thực sự vạch rõ

cơ chế vi mô của áp suất và phản ánh một cách tường minh các quan điểm cơ bản của thuyết độnghọc phân tử

3.2.3 Hệ quả của thuyết

- Vạch rõ bản chất của nhiệt: từ phương trình cơ bản p 2nWd

 là hằng số Boltzmann Công thức trên cho thấy ý nghĩa của nhiệt độ tuyệt đối

- Định luật phân bố phân tử theo vận tốc của Maxwell

- Định luật phân bố phân tử theo chiều cao của Boltzmann

- Bản chất của nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học

3.2.4 Thiếu sót của thuyết

- Nguyên tử luận của thuyết động học phân tử là nguyên tử luận siêu hình Thuyết động họcphân tử quan niệm phân tử là hạt "cơ bản" cuối cùng của vật chất không có cấu trúc bên trong

- Sử dụng các quy luật của cơ học cổ điển vào thế giới vi mô

3.2.5 Một số lưu ý khi dạy học

Trong quá trình dạy học cần làm cho HS thông hiểu:

- Nội dung của thuyết động học phân tử chất khí:

+ Chất khí được cấu tạo từ các phần tử riêng rẽ, có kích thước rất nhỏ so với khoảng cáchgiữa chúng

+ Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng, chuyển động này càng nhanh thìnhiệt độ chất khí càng cao

+ Khi chuyển động hỗn loạn, các phân tử khí va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình.

- Đặc điểm của khí lí tưởng:

+ Kích thước các phân tử không đáng kể (bỏ qua)

+ Khi chưa va chạm với nhau thì lực tương tác giữa các phân tử rất yếu (bỏ qua)

+ Các phân tử chuyển động hỗn loạn, chỉ tương tác khi va chạm với nhau và va chạm vào thành bình

- Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt:

+ Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích 1

- Định luật Sac - lơ:

+ Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối p ~ T hay p const

- Phương trình trạng thái của khí lí tưởng:

+ Nhận biết mỗi một lượng khí đều có các thông số p, V, T đặc trưng cho trạng thái của

nó Các thông số này có mối liên hệ với nhau thông qua một phương trình gọi là phương trìnhtrạng thái

+ Một lượng khí chuyển từ trạng thái 1 (p1, V1, T1) sang trạng thái 2 (p2, V2, T2) Các thông

số p, V, T thoả mãn phương trình trạng thái của khí lí tưởng hay phương trình Cla-pê-rôn:

Trước hết khái niệm nhiệt độ gắn liền với hiện tượng cân bằng nhiệt Sự cân bằng nhiệt đòihỏi phải có sự bằng nhau về nhiệt độ Để đặc trưng cho sự lệch khỏi trạng thái cân bằng nhiệtcủa các vật, người ta đưa ra khái niệm hiệu nhiệt độ Khi có một hiệu nhiệt độ giữa các vật thểtiếp xúc với nhau thì sẽ xảy ra hiện tượng truyền năng lượng từ vật có nhiệt độ cao sang vật cónhiệt độ thấp hơn cho đến khi nào có sự cân bằng nhiệt

- Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học đã đưa ra một định nghĩa nhiệt độ không phụ thuộcmột chất nào cả gọi là nhiệt độ nhiệt động lực

- Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ của một vật liên quan mật thiết với năng lượngcủa chuyển động tịnh tiến của các phân tử của nó và đơn vị của nhiệt độ sẽ là Jun (J)

- Quan niệm nhiệt độ chỉ được xác định chính xác khi dựa vào nguyên lý thứ hai nhiệtđộng lực học và thuyết động học phân tử Để thiết lập thang đo nhiệt độ nhiệt động lực học cầnchọn hai điểm: điểm không tuyệt đối là nhiệt độ mà khi ấy nhiệt lượng truyền cho nguồn lạnh