Sử dụng phương pháp hình học để giải bài tập chương Động học chất điểm vật lí lớp10 nâng cao

Phương pháp hình học là một trongnhững phương pháp toán học quan trọng, là phương pháp tối ưu trong dạy họcbài tập vật lí như bài tập đồ thị, cộng vectơ…Sử dụng phương pháp hình họcthườn

A PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước là mục tiêu hàng đầu trongđường lối xây dựng phát triển của nước ta, "Đến năm 2020 đất nước ta về cơbản phải trở thành nước công nghiệp"[1] Muốn thực hiện thành công sựnghiệp này, chúng ta phải thấy rõ nhân tố quyết định thắng lợi chính là nguồnnhân lực con người Việt Nam Nền giáo dục của ta không chỉ lo đào tạo cho

đủ về số lượng mà cần quan tâm đặc biệt đến chất lượng đào tạo

Trước tình hình đó, giáo dục nước ta hiện nay đặc biệt nhấn mạnh đếnviệc đổi mới phương pháp, hình thức tổ chức dạy học theo hướng phát huytính năng động, sáng tạo của người học và phát huy khả năng học tập suốt đời

để chủ động tồn tại trong thế giới mới

Chiến lược phát triển giáo dục 2001-2010, mục 5 2 ghi rõ: “Đổi mới vàhiện đại hóa phương pháp giáo dục Chuyển từ việc truyền thụ tri thức thụđộng, thầy giảng trò ghi sang hướng dẫn người học chủ động tư duy trong quátrình tiếp cận tri thức; dạy cho người học phương pháp tự học, tự thu nhậnthông tin một cách có hệ thống và có tư duy phân tích, tổng hợp, phát triểnnăng lực cho mỗi cá nhân; tăng cường tính chủ động, tính tự chủ của học sinh,sinh viên trong quá trình học tập…”

Ở trường phổ thông, đổi mới phương pháp dạy học nghĩa là tạo mọi điềukiện để học sinh có thể tiếp thu kiến thức một cách tích cực, tự lực và biết vậndụng sáng tạo tri thức để giải quyết các vấn đề trong học tập và cuộc sống.Với tinh thần đó, chúng ta đang thực hiện đổi mới phương pháp dạy học theohướng đưa học sinh vào vị trí chủ thể của hoạt động nhận thức Học sinh bằnghoạt động tích cực tự lực của mình chiếm lĩnh được kiến thức Hoạt động đónếu được lặp đi lặp lại nhiều lần sẽ góp phần hình thành và phát triển năng lực

tư duy cho học sinh Do đó vấn đề bồi dưỡng cho học sinh các phương pháp

nhận thức khoa học đã trở thành nhiệm vụ quan trọng của các môn học trongnhà trường phổ thông

Vật lí là một môn học quan trọng trong hệ thống các môn học ở trườngphổ thông Nó cung cấp những kiến thức cơ bản về các hiện tượng vật lí, cáckhái niệm, các định luật, các thuyết…và góp phần hình thành thế giới quankhoa học cho học sinh Dạy học vật lí và bài tập vật lí ở các trường phổ thônghiện nay cũng đã sử dụng một số phương pháp dạy học mang lại những hiệuquả nhất định như phương pháp thực nghiệm, phương pháp đàm thoại nêu vấn

đề, phương pháp diễn giảng Tuy nhiên, vấn đề phát triển tư duy, khả năng tựhọc và giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thôngnước ta hiện nay vẫn còn mới mẻ, đang còn nhiều khó khăn cả về lí luận lẫnthực tiễn Đặc biệt nhiều giáo viên dạy bài tập vật lí vẫn theo phương pháptruyền thống, chưa có phương pháp cụ thể, đặc trưng cho từng loại bài tập Từ

đó học sinh tiếp nhận kiến thức một cách thụ động dẫn đến giờ học trở nênnhàm chán Nhà vật lí Albert Einstein đã từng nói: “Chức năng cao nhất củangười thầy không phải là truyền đạt kiến thức mà là khuyến khích học sinhyêu kiến thức và mưu cầu kiến thức” Để làm được như vậy chúng ta cần phảinghiên cứu, áp dụng và liên tục cải tiến các phương pháp giảng dạy

Toán học là công cụ của vật lí, do đó việc vận dụng phương pháp toánhọc vào giải các bài tập vật lí sẽ gặp nhiều thuận lợi hơn, nó là công cụ thiếtyếu trong việc dạy và học môn vật lí Phương pháp hình học là một trongnhững phương pháp toán học quan trọng, là phương pháp tối ưu trong dạy họcbài tập vật lí như bài tập đồ thị, cộng vectơ…Sử dụng phương pháp hình họcthường xuyên, đúng mục đích giúp học sinh rèn luyện các kỹ năng, kỹ xảotrong việc nhận thức các hiện tượng vật lí, kỹ năng tính toán và kỹ năng tìmtòi vận dụng lý thuyết, óc sáng tạo và khả năng phân tích tổng hợp vấn đề.Với những đặc điểm như vậy, phương pháp hình học là phù hợp để sử dụngtrong việc giải bài tập chương “Động học chất điểm” vật lí lớp 10

Từ những lí do trên, chúng ta thấy rằng để tổ chức các hoạt động dạy học

2

vật lí nói chung, giải bài tập chương “Động học chất điểm” nói riêng, bêncạnh sử dụng các phương pháp truyền thống, cần quan tâm đến việc sử dụngphương pháp hình học trong dạy học nhằm phát huy tính tích cực hoạt độngcho học sinh Chính vì vậy, chúng tôi đã chọn và nghiên cứu đề tài: “Sử dụngphương pháp hình học để giải bài tập chương Động học chất điểm vật lí lớp

10 nâng cao” để làm đề tài khóa luận tốt nghiệp của mình với mong muốnđóng góp một phần nhỏ vào việc nâng cao chất lượng dạy học vật lí ở trườngphổ thông

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu, sử dụng phương pháp hình học trong giải bài tập chương

“Động học chất điểm” vật lí lớp 10 nâng cao

3 Giả thuyết khoa học

Nếu tổ chức, hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí chương “Động họcchất điểm” vật lí lớp 10 nâng cao theo phương pháp hình học một cách linhhoạt, hợp lí thì sẽ nâng cao được kỹ năng giải bài tập, phát huy được tính tíchcực, sáng tạo của học sinh, qua đó góp phần vào việc nâng cao chất lượng dạyhọc vật lí ở trường trung học phổ thông

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết bài tập vật lí phổ thông và phương pháphình học trong giải bài tập vật lí

- Nghiên cứu nội dung kiến thức chương “Động học chất điểm”, phânloại bài tập của chương

- Sử dụng phương pháp hình học giải một số bài tập tiêu biểu củachương

- Thực nghiệm sư phạm

5 Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động dạy và học Vật lí ở trường phổ thông trong đó tập trung sửdụng phương pháp hình học để giải bài tập

6 Phạm vi nghiên cứu

Trong khóa luận này chỉ nghiên cứu, sử dụng phương pháp hình học đểgiải bài tập chương “Động học chất điểm” vật lí lớp 10 nhằm giúp học sinhrèn lyện kỹ năng giải bài tập qua đó phát huy tính tích cực, sáng tạo trong họctập cho các em

7 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí luận

Chương I: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc sử dụng phương pháp hình

học trong giải bài tập vật lí ở trường phổ thông

Chương II: Sử dụng phương pháp hình học để giải bài tập vật lí chương

“Động học chất điểm” vật lí lớp 10 nâng cao

Chương III: Các hình thức sử dụng bài tập trong dạy học vật lí

C PHẦN KẾT LUẬN

D TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

4

1 1 1 Vai trò của bài tập vật lí

Việc giảng dạy bài tập vật lí trong nhà trường không chỉ giúp học sinhhiểu được một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức quy định trong chươngtrình mà còn giúp các em vận dụng những kiến thức đó để giải quyết nhữngnhiệm vụ của học tập và những vấn đề mà thực tiễn đã đặt ra

Muốn đạt được điều đó, phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh những

kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào cuộc sống hằng ngày

Kỹ năng vận dụng kiến thức trong bài tập và trong thực tiễn đời sốngchính là thước đo mức độ sâu sắc và vững vàng của những kiến thức mà họcsinh đã thu nhận được Bài tập vật lí với chức năng là một phương pháp dạyhọc có một vị trí đặc biệt trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

Trước hết, vật lí là một môn khoa học giúp học sinh nắm được qui luậtvận động của thế giới vật chất và bài tập vật lí giúp học sinh hiểu rõ những quiluật ấy, biết phân tích và vận dụng những qui luật ấy vào thực tiễn Trongnhiều trường hợp mặc dù người giáo viên có trình bày tài liệu một cách mạchlạc, hợp lôgic, phát biểu định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng yêu cầu,quy tắc và có kết quả chính xác thì đó chỉ là điều kiện cần chứ chưa đủ để họcsinh hiểu và nắm sâu sắc kiến thức Chỉ thông qua việc giải các bài tập vật lídưới hình thức này hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho học sinh vậndụng kiến thức đã học để giải quyết các tình huống cụ thể thì kiến thức đó mớitrở nên sâu sắc và hoàn thiện Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể

do các bài tập vật lí đặt ra, học sinh phải sử dụng các thao tác tư duy như phân

tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa …để giải quyết vấn đề,

do đó tư duy của học sinh có điều kiện để phát triển

Vì vậy có thể nói bài tập vật lí là một phương tiện rất tốt để phát triển tưduy, óc tưởng tượng, khả năng độc lập trong suy nghĩ và hành động, tính kiêntrì trong việc khắc phục những khó khăn trong cuộc sống của học sinh Bài tậpvật lí là cơ hội để giáo viên đề cập đến những kiến thức mà trong giờ học lýthuyết chưa có điều kiện để đề cập qua đó nhằm bổ sung kiến thức cho họcsinh Đặc biệt, để giải được các bài tập vật lí dưới hình thức trắc nghiệmkhách quan học sinh ngoài việc nhớ lại các kiến thức một cách tổng hợp,chính xác ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học thì học sinh cần phải rènluyện cho mình tính phản ứng nhanh trong từng tình huống cụ thể, bên cạnh

đó học sinh phải giải thật nhiều các dạng bài tập khác nhau để có được kiếnthức tổng hợp, chính xác và khoa học.[5]

1 1 2 Phân loại bài tập vật lí

Tất cả các cách phân loại đều có tính tương đối và có tính chất qui ước.Người ta phân loại bài tập dựa vào dấu hiệu, căn cứ khác nhau

1 1 2 1 Căn cứ vào cách giải

Đa số các bài tập định tính yêu cầu học sinh giải thích hoặc dự đoán mộthiện tượng xảy ra trong một điều kiện xác định

Bài tập định tính có rất nhiều ưu điểm về mặt phương pháp học Nhờ đưađược lí thyết vừa học lại gần với đời sống xung quanh, các bài tập này làmtăng thêm ở học sinh hứng thú với môn học, tạo điều kiện phát triển óc quan

6

sát của học sinh Vì phương pháp giải những bài tập này bao gồm việc xâydựng những suy luận lôgic dựa trên các định luật vật lí nên chúng là phươngtiện rất tốt để phát triển tư duy của học sinh Việc giải bài tập đó rèn luyện chohọc sinh hiểu rõ được bản chất của các hiện tượng vật lí và những qui luật củachúng, dạy cho học sinh biết áp dụng kiến thức vào thực tiễn Việc giải cácbài tập định tính này rèn luyện cho học sinh chú ý đến việc phân tích nội dungvật lí của các bài tập tính toán Do có tác dụng nhiều mặt như trên nên bài tậpđịnh tính được sử dụng ưu tiên hàng đầu sau khi học xong lý thuyết và trongkhi luyện tập, ôn tập về vật lí.

Bài tập định tính có thể là bài tập đơn giản, trong đó chỉ áp dụng mộtđịnh luật, một quy tắc một phép suy luận lôgic Một số bài tập định tính có thểchỉ sử dụng một hình vẽ đơn giản, hoặc có thể chuyển thành một dạng của bàitập thí nghiệm, bởi vì ta có thể yêu cầu học sinh dùng thí nghiệm để kiểm tra

sự đúng đắn của lời giải thu được bằng con đường suy luận lôgic

b) Bài tập định lượng (bài tập tính toán)

Bài tập định lượng là những bài tập mà muốn giải chúng ta phải thựchiện một loạt phép tính và kết quả là thu được một đáp số định lượng, tìm giátrị của một số đại lượng vật lí Có thể chia bài tập định lượng ra làm hai loại:bài tập tập dượt và bài tập tổng hợp

 Bài tập tập dượt

Là những bài tập đơn giản, cơ bản, trong đó chỉ đề cập đến một hiệntượng, một định luật và sử dụng một vài phép tính đơn giản Những bài tậpnày có tác dụng củng cố kiến thức cơ bản vừa học, làm cho học sinh hiểu rõ ýnghĩa của các định luật và các công thức biểu diễn chúng, sử dụng các đơn vịvật lí và thói quen cần thiết để giải các bài tập phức tạp hơn

 Bài tập tổng hợp

Là những bài tập mà muốn giải nó thì phải vận dụng nhiều khái niệmđịnh luật, dùng nhiều công thức Những kiến thức cần sử dụng trong việc giảibài tập tổng hợp có thể là những kiến thức đã học trong nhiều bài trước Loạibài tập này có tác dụng đặc biệt giúp học sinh đào sâu, mở rộng kiến thức,

thấy rõ những mối liên hệ khác nhau giữa các phần của chương trình vậtp lí,tập cho học sinh biết phân tích các hiện tượng thực tế phức tạp ra thành nhữngphần đơn gian tuân theo một định luật xác định.

Ta thấy ngay rằng: xét về thực chất bài tập tính toán tổng hợp cũng nhằmmục đích làm sáng tỏ nội dung vật lí của các định luật, quy tắc biểu hiện dướidạng công thức Khi giải bài tập này, học sinh thường áp dụng máy móc cáccông thức mà không chú ý đến ý nghĩa vật lí của chúng Bởi vậy, giáo viêncần lưu ý học sinh làm nổi bật yếu tố định tính của bài tập này trước khi đivào lựa chọn các công thức và thực hiện các phép tính toán

c) Bài tập đồ thị

Bài tập đồ thị là bài tập trong đó các số liệu được dùng làm dữ kiện đểgiải phải tìm trong các đồ thị cho trước hoặc ngược lại, đòi hỏi học sinh phảibiểu diễn quá trình diễn biến của hiện tượng nêu trong bài tập bằng đồ thị

Ta đã biết: đồ thị là một hình thức biểu đạt mối quan hệ giữa hai đạilượng vật lí, tương đương với cách biểu đạt bằng lời hay bằng công thức.Nhiều khi nhờ vẽ được chính xác đồ thị biểu diễn các số liệu thực nghiệm mà

ta có thể tìm được định luật vật lí mới Bởi vậy, các bài tập luyện tập sử dụng

đồ thị hoặc xây dựng đồ thị ngày càng quan trọng trong dạy học vật lí

d) Bài tập thí nghiệm

Bài tập thí nghiệm là bài tập đòi hỏi phải thí nghiệm để kiểm chứng lờigiải lý thuyết hoặc để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập Nhữngthí nghiệm này thường là những thí nghiệm đơn giản có thể làm ở nhà, vớinhững dụng cụ đơn giản dễ tìm hoặc tự làm được Để giải các bài tập thínghiệm, đôi khi cũng cần đến những thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải tớiphòng thí nghiệm của trường phổ thông để thực hiện, nhưng dù sao cũng vẫn

là những thí nghiệm đơn giản Bài tập thí nghiệm cũng có thể có dạng địnhtính hoặc định lượng

Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng tốt về cả ba mặt giáo dưỡng, giáodụng và giáo dục kỹ thuật tổng hợp, đặc biệt giúp làm sáng tỏ mối quan hệgiữa lý thuyết và thực tiễn.[5]

1 1 2 2 Căn cứ vào mục đích sử dụng

8

a) Bài tập tập dượt

Các bài tập định lượng đơn giản được đưa vào cuối bài học nhằm cũng

cố công thức cho học sinh hay giúp học sinh vận dụng các kiến thức vừa học

để giải quyết một vài yêu cầu có liên quan thì được xem như là bài tập tậpdượt Ở đậy dấu hiệu nhận biết chúng không phải dựa vào nội dung của đề bài

mà dựa vào quá trình sử dụng chúng để xem nó là bài tập tập dượt hay không.Như ta đã biết bài tập tập dượt chỉ là cách phân loại dựa vào quá trình sửdụng vì vậy ưu nhược điểm của nó phụ thuộc vào các bài tập mà ta lựa chọn

để sử dụng

Bài tập tập dượt đưa ra nhằm giúp kiếm tra khả năng nắm bắt và vậndụng các kiến thức cơ bản như khái niệm, định nghĩa, định lý, định luật, cáccông thức vật lí vừa mới học xong vì vậy để giải các bài tập tập dượt thì điềuquan trọng nhất là xác định được vấn đề cần giải quyết thuộc vào phần nộidung kiến thức liên quan nào, sau đó dựa vào các mối liên hệ giữa yêu cầu đềbài và các kiến thức đã học và vận dụng linh hoạt một vài thao tác biến đổi(nếu cần) để đưa ra đáp án chính xác nhất Cần lưu ý tới quá trình đổi đơn vị

Bài tập tổng hợp được sử dụng nhiều trong các tiết bài tập, hay sử dụngtrong bài kiểm tra tự luận vì ưu điểm của nó là tổng hợp được nhiều kiến thức.Tuy nhiên cũng chính yếu tố này làm nên nhược điểm của nó là cần nhiều thờigian để giải do vậy mà nó không được sử dụng ở các khâu như cũng cố bàihọc vào cuối tiết hay kiểm tra 15 phút

Phương pháp giải bài tập tổng hợp đó là dựa vào đề bài viết ra tất cả các

dữ kiện và yêu cầu của bài toán Tìm các mối liên hệ giữa cái đã biết (dữ kiện

của bài toán) và cái chưa biết (yêu cầu của đề bài) Huy động tất cả các kiếnthức liên quan để qua các mối liên hệ giữa các đã biết và cái chưa biết tìm racái mà đề bài yêu cầu Sau đó tìm lời giải hay nhất để trình bày bài toán.

Bài tập tổng hợp nên được sử dụng nhiều trong các tiết bài tập để giúphọc sinh hệ thống lại kiến thức Sau khi đã làm một vài bài tập tập dượt đểcũng cố từng đơn vị kiến thức nhỏ thì cần đưa vào bài tập tổng hợp để rènluyện khả năng khái quát hóa cho học sinh, giúp học sinh phát triển khả năng

tư duy, rèn luyện tính kiên trì Đồng thời qua đó học sinh sẽ tạo cho mình thóiquen giải quyết những vấn đề lớn xuất phát từ những vấn đề nhỏ, không đượcchủ quan bỏ sót dữ kiện nào của bài toán, vì mỗi dữ kiện dù nhỏ cũng là mắtxích giúp giải quyết vấn đề

1 1 2 3 Căn cứ vào hình thức kiểm tra – đánh giá

đề Trắc nghiệm tự luận cho phép có một sự tự do tương đối nào đó để trả lờimột vấn đề được đặt ra, nhưng đồng thời yêu cầu học sinh phải nhận biếtthông tin, phải biết sắp xếp và diễn đạt ý kiến của họ một cách chính xác, sángsủa

b) Trắc nghiệm khách quan

Trắc nghiệm khách quan là một trong những phương pháp dùng để kiểmtra, đánh giá kết quả học tập của học sinh bằng hệ thống câu hỏi trắc nghiệmkhách quan, gọi là khách quan vì cách cho điểm hoàn toàn khách quan khôngphụ thuộc vào ý muốn chủ quan của người chấm

10

Câu hỏi trắc nghiệm khách quan là loại câu hỏi trắc nghiệm mà ứng vớimột câu hỏi có nhiều phương án lựa chọn nhưng chỉ có một phương án đúngduy nhất mà thôi, do đó tiêu chí đánh giá là đơn nhất, việc chấm bài hoàn toànkhách quan.

Câu hỏi trắc nghiệm khách quan có thể chia làm bốn loại: câu hỏi trắcnghiệm đúng sai, câu hỏi trắc nghiệm ghép đôi, câu hỏi trắc nghiệm điềnkhuyết, câu hỏi trắc nghiệm có nhiều lựa chọn Trong đó, câu trắc nghiệmnhiều lựa chọn là được sử dụng nhiều nhất

1 1 3 Phương pháp giải bài tập vật lí

Phương pháp chung để giải bài tập vật lí

Tác dụng của bài tập vật lí chỉ phát huy tối đa khi tuân thủ đúng phươngpháp giải bài tập vật lí Vì vậy cần phải rèn luyện cho học sinh biết cách giảibài tập một cách khoa học mới đảm bảo đi đến kết quả một cách chắc chắn.Cần phải giúp học sinh tránh cách giải theo kiểu mò mẩm, may rủi Muốn thế,thầy giáo phải hướng dẫn học sinh vận dụng phương pháp giải bài tập vật língay từ những tiết bài tập đầu tiên cũng như trong suốt quá trình học vật lí.Trên thực tế, đa số học sinh thường vận dụng công thức một cách máy móc vàgiải một cách mò mẫm: áp dụng công thức này không được thì áp dụng côngthức khác mà không hiểu được bài toán đó liên quan đến hiện tượng, định luậthay hệ quả nào Và không hiểu được bản chất vật lí của các hiện tượng liênquan Để cho việc giải bài tập thực sự có hiệu quả, khi giải bài tập vật lí cầnhướng dẫn học sinh theo các bước sau:

Bước 1 Đọc kỹ đầu bài, tìm hiểu ý nghĩa của những thuật ngữ mới, nắm vững đâu là dữ kiện, đâu là ẩn số phải tìm Để từ đó tóm tắt đầu bài bằng những kí hiệu và hình vẽ.

Đọc kỹ đầu bài là nhằm giúp học sinh hiểu được đề ra và tìm đượcphương hướng để giải quyết vấn đề Song không phải mọi học sinh đều nhậnthức rõ điều đó và tạo cho mình thói quen đọc đi đọc lại đề ra nhiều lần trướckhi bắt tay vào giải Thực tế cho thấy nhiều học sinh chỉ đọc lướt qua để sau

đó giải ngay, do đó thường dẫn đến sai lầm, thiếu sót do hiểu sai đề ra, hoặckhông thể giải được bài toán do bỏ sót dữ kiện Những sai sót này có thể tránhđược nếu ta biết đọc kỹ đề ra

Bước 2 Phân tích hiện tượng vật lí của đề bài nhằm sáng tỏ bản chất của các hiện tượng, quá trình vật lí được đề cập trong bài tập

Đây là bước có tính chất quyết định đến chất lượng của việc giải bài tậpvật lí Kết quả của bước phân tích này cần làm rõ một số điểm sau đây:

- Bài tập đang giải thuộc loại nào: bài tập định tính hay định lượng, bàitập đồ thị hay bài tập thí nghiệm

- Nội dung bài tập đề cập đến hiện tượng vật lí nào? Mối liên hệ giữa cáchiện tượng ra sao và diễn biến theo quy luật nào?

- Đối tượng đang xét ở trạng thái nào: biến đổi hay ổn định? Những điềukiện ổn định hay biến đổi là gì?

- Có những đặc trưng định tính, định lượng nào đã biết và chưa biết? Mốiliên hệ giữa các đặc trưng đó liên quan đến những định luật, quy tắc, địnhnghĩa nào?

Kết quả của bước này là chỉ ra được các công thức, các định luật cần huyđộng giải bài tập

Bước 3 Xác định phương pháp, vạch kế hoạch và tiến hành giải cụ thể

Có hai phương pháp chung, đó là: phương pháp phân tích và phươngpháp tổng hợp

- Phương pháp phân tích: Theo phương pháp phân tích thì việc giải bài

tập vật lí được phân chia nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn là một bài tập nhỏđơn giản và cả bài tập tạo thành hệ thống gồm nhiều bài tập nhỏ Để tìm ẩn số

ta phải lần lượt đi giải các bài toán nhỏ đó Theo phương pháp này việc giảimột bài tập phải bắt đầu từ ẩn số

- Phương pháp tổng hợp: Theo phương pháp tổng hợp thì việc giải một

bài tập vật lí không bắt đầu từ ẩn số mà bắt đầu từ dữ kiện của bài toán để tính

12

toán (hoặc lập luận) để tiến dần đến ẩn số phải tìm.

Bước 4 Kiểm tra và biện luận.

Để đảm bảo tính đúng đắn của lời giải sau khi giải ta cần tiến hành kiểmtra kết quả và biện luận (đối với những bài tập cần biện luận) để loại bỏ nhữngkết quả không phù hợp hoặc khẳng định kết quả theo điều kiện ban đầu đặt ra.Bước này rất cần thiết, qua đó có thể rèn luyện cho học sinh đức tính cẩn thận,cũng như thói quen và ý thức thường xuyên kiểm tra kết quả của công việc

Đó là một trong những phẩm chất cần thiết của người lao động mới

Tùy vào từng bài toán mà ta có thể biện luận hoặc không cần biện luận,nhưng không thể bỏ qua khâu kiểm tra Để kiểm tra chúng ta có thể tiến hànhtheo một trong các cách sau:

- Xem lại một cách cẩn thận các tiến trình giải để phát hiện những sai sót

Việc kiểm tra và biện luận khi giải bài tập giúp học sinh mở rộng sự hiểubiết của mình Qua biện luận những kết quả không phù hợp với điều kiện banđầu của bài toán, không phù hợp với thực tế phải loại bỏ Nhờ biện luận vàkiểm tra giúp học sinh phát hiện được những sai sót trong tiến trình giải bàitập

Trên đây là bốn bước để giải một bài tập vật lí, tuy nhiên mỗi loại bài tập

có những đặc điểm riêng, nên khi vận dụng phải tùy vào từng bài tập cụ thể đểvận dụng cho linh hoạt [5][7]

1 2 Các phương tiện giải bài tập vật lí phổ thông

Trong quá trình dạy học vật lí ở trường phổ thông vấn đề giải bài tậpthường gây nhiều khó khăn đối với học sinh Nguyên nhân chính dẫn đến tình

trạng này là do:

* Học sinh : chưa nắm vững kiến thức và kỹ năng vận dụng những kiến

thức, chưa có phương pháp khoa học để giải bài tập vật lí mà giải bài tập mộtcách mò mẫm, may rủi, thậm chí không giải được

* Giáo viên: chưa quan tâm đến việc rèn luyện cho học sinh các phương

pháp giải bài tập vật lí

Đối với đa số bài tập vật lí, quá trình giải của nó có thể chia thành các

bước như đã trình bày ở 1 1 3 Các phương pháp giải bài tập vật lí Tuy

nhiên như đã nói đó là phương pháp chung để giải các bài tập vật lí, với mỗibài tập nếu thực hiện đúng và đầy đủ bốn bước trên thì xác suất cho ra kết quảchính xác là rất cao Vì thế vấn đề là làm sao để giúp học sinh thực hiện tốtbốn bước giải bài tập trên Một yêu cầu quan trọng là trước hết học sinh phảichủ động nắm vững kiến thức đã học (phần lý thuyết) và chủ động trong việcvận dụng các kiến thức đó Đối với mức độ của học sinh, sau khi học xong lýthuyết học sinh chỉ có thể vận dụng lý thuyết ở mức độ biết, hiểu để giải đượccác bài tập vận dụng lý thuyết hay giải thích một số hiện tượng đơn giản Cònđối với những bài tập yêu cầu vận dụng tổng hợp nhiều kiến thức thì phải cóphương pháp cụ thể cho mỗi chủ đề kiến thức, mỗi dạng bài tập khác nhau.Vật lí có vai trò to lớn trong nhà trường phổ thông cũng như trong đời sống,khoa học và thực tiễn Trong dạy học vật lí nếu chỉ thuần túy lý thuyết thì sẽkhông có được thành quả cao, vì vậy việc nghiên cứu các phương pháp giảicác bài tập vật lí là một việc làm không thể thiếu trong bộ môn vật lí

Toán học là công cụ của vật lí Toán học là phương tiện để biểu diễn cáckhái niệm, định luật hay quá trình vật lí Sử dụng toán học còn giúp miêu tả ýnghĩa của các kiến thức vật lí một cách ngắn gọn, đơn giản nhưng đầy đủ.Trong việc thiết kế, nghiên cứu, giải thích các thí nghiệm toán học cũng đóngmột vai trò quan trọng

Đối với việc dạy học vật lí nói chung và dạy bài tập vật lí nói riêng ởtrường phổ thông, các phương pháp toán học là một công cụ thiết yếu Đặc

14

biệt vận dụng các phương pháp toán học vào việc giải các bài tập vật lí có rấtnhiều thuận lợi.

Các phương pháp toán học gồm nhiều phương pháp như : phương phápđại số, phương pháp hình học, phương pháp giải tích vectơ… Việc lựa chọnđúng phương pháp cho phù hợp với yêu cầu của bài tập sẽ đem lại hiệu quảcao

1 2 1 Phương pháp số học

Phương pháp số học là phương pháp mà chỉ cần làm những phép tính sốhọc về từng vấn đề mà không cần sử dụng công thức và phương trình Ưuđiểm của phương pháp này là luyện cho học sinh phương pháp suy luận lôgic.Qua đó giúp các em hiểu rõ hơn mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí, tránhviệc áp dụng công thức một cách máy móc Phương tiện số học được dùngchủ yếu ở các lớp cấp dưới, tuy nhiên cũng nên áp dụng cho các lớp cuối cấp,coi đó là giai đoạn trung gian để lập các phương trình đại Chẳng hạn, trướckhi lập phương trình cân bằng nhiệt, ta có thể làm những phép tính số học đểtìm nhiệt lượng do một số vật tỏa ra và nhiệt lượng do một số vật khác hấpthụ.[5]

lí chứa đựng trong bài toán Ngoài ra trong khi giải có thể yêu cầu học sinhnêu rõ mối tương quan hàm số của các đại lượng vật lí chứa đựng trong cáccông thức được sử dụng.[5]

1 2 3 Phương pháp hình học

Phương pháp hình học là phương pháp mô tả các quá trình vật lí phứctạp, trừu tượng bằng các hình vẽ mang nội dung hình học và dùng kiến thứchình học để tìm lời giải

Những dạng bài tập thường sử dụng phương pháp hình để giải đó lànhững bài tập có dùng hình vẽ để tìm lời giải, bài tập đồ thị, bài tập có sửdụng giản đồ, véctơ quay…Ví dụ như đồ thị mô tả chuyển động của một chấtđiểm, hình vẽ biểu diễn chuyển động tròn của chất điểm, giản đồ véctơ… tùytừng bài tập để áp dụng kiến thức hình học cho phù hợp trong đó

Phương pháp hình học được sử dụng rộng rãi trong việc giải bài tậpkhông chỉ vì nó có những ưu điểm như: biểu diễn trực quan các mối quan hệ,hiện tượng vật lí; có thể dự đoán, ngoại suy được kết quả của bài tập thuậntiện cho việc phân tích định tính và tính toán định lượng mà nó còn có một số

ưu điểm nổi bật như:

+ Trong nhiều trường hợp phương pháp hình học cho phép giải bài toánmột cách nhanh chóng hơn

Chẳng hạn với bài tập sau đây thì phương pháp hình học thể hiện ưu thế

a) Hãy biểu diễn hành trình của đoàn tàu bằng đồ thị.

b) Lúc 7h 45 phút một đoàn tàu Thống Nhất Hà Nội – Thành phố Hồ Chí Minh khởi hành và chạy với vận tốc trung bình 40km/h Hỏi phải sửa lại lịch trình chuyến tàu trước như thế nào để đoàn tàu Thống Nhất có thể chạy thẳng tới ga Vinh?

Bài toán này nếu dùng phương pháp số học hay đại số sẽ rất phức tạp.Nhưng nếu giải bằng phương pháp hình học (ở đây là phương pháp đồ thị) thìrất thuận lợi, nhất là khi tìm lời giải cho câu hỏi số hai Bằng phương pháphình học ta có thể giải bài toán này như sau:

Từ dữ kiện bài ra ta vẽ đồ thị như hình 1

Từ đồ thị ở hình 1 ta thấy ngay là cần phải chỉnh lại lịch trình chạy tàunhư sau: Cho tàu thứ nhất chờ ở ga Tía lâu hơn 5 phút nữa để hai tàu tránhnhau ở đó và tàu Thống Nhất có thể chạy thẳng mà không phải dừng lại Nhưvậy ta đã có một lịch trình như mong muốn

+ Đối với chương trình vật lí phổ thông có những bài tập vật lí chỉ có thể

Km

10 20 30 40 50

Văn điển Tía

Đồng văn Phủ lý

Phú xuyên

Hình 1

phut

giải được bằng phương pháp hình học Chẳng hạn như có những bài tập mạchđiện xoay chiều phân nhánh hoặc không thể giải bằng phương pháp đại sốhoặc giải bằng phương pháp đại số thì quá phức tạp, thì sử dụng phương pháphình học (phương pháp véctơ) là tối ưu nhất bởi đối với học sinh phổ thông thìchưa thể giải bài tập mạch điện xoay chiều bằng phương pháp số phức.

+ Phương pháp hình học do có đặc điểm là biểu diễn trực quan các mốiquan hệ, các hiện tượng vật lí nên phương pháp hình học thường được sửdụng để kiểm tra, đối chiếu kết quả khi bài toán được giải bằng cách khác.Chẳng hạn bài toán tìm thời điểm và vị trí gặp nhau của hai xe chuyểnđộng trên cùng một đường thẳng thường được yêu cầu giải bằng hai cách.Cách một thường yêu cầu học sinh giải bằng phương pháp đại số nhằm củng

cố kiến thức về chuyển động thẳng cho học sinh và phương pháp tìm tọa độđiểm gặp nhau của hai xe Cách hai là sử dụng phương pháp hình học để kiểmtra lại kết quả tìm được Đối với bài toán trên giải bằng phương pháp hình họcnhư sau: Sau khi xác định được phương trình chuyển động của hai xe, chúng

ta vẽ đồ thị tọa độ - thời gian của chúng trên cùng một hệ tọa độ, lúc này giaođiểm của hai đồ thị cho ta biết vị trí và thời điểm của hai xe gặp nhau Tuynhiên, khi vẽ đồ thị yêu cầu phải có độ chính xác nhất định

Với những ưu điểm trên sử dụng phương pháp hình học trong dạy học vàgiải bài tập vật lí sẽ gây được sự chú ý, hứng thú, kích thích khả năng tìm tòisáng tạo của học sinh, mà trong lí luận dạy học người ta nói đó là đưa học sinhvào tình huống có vấn đề Ứng dụng linh hoạt phương pháp hình học sẽ rấtthuận lợi trong việc giải bài tập vật lí Muốn như vậy thì giáo viên cần phảichú ý đến khâu chọn bài tập, phương pháp sử dụng và cách hướng dẫn họcsinh giải bài tập vật lí Đối với học sinh cần phải có vốn hiểu biết cần thiết vềnhững vấn đề có liên quan

1 3 Thực tiễn của việc giải bài tập vật lí ở các trường THPT

Hiện nay nền giáo dục nước ta đã và đang chú trọng việc đổi mới phươngpháp dạy – học, hiện nay nước ta đang tiến hành đổi mới phương pháp dạy

18

học tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh Tuy nhiên, tình hình đổimới giáo dục đang gặp nhiều khó khăn và xảy ra nhiều tình trạng bất cập, đặcbiệt là trong đổi mới dạy và học.

Thực trạng của việc đổi mới phương pháp dạy học nói chung và phương pháp dạy học bài tập vật lí nói riêng:

Thực trạng giáo dục nước ta cho thấy việc giáo dục kiến thức cho họcsinh nghiên cứu và kiến thức vật lí nói riêng vẫn còn được tiến hành theo lối

“thông báo – tái hiện”, học sinh phổ thông có quá ít điều kiện nghiên cứu,quan sát và tiến hành các thí nghiệm vật lí Thực tế dạy học như vậy phải cónhững thay đổi có tính chiến lược và toàn cục về phương pháp giảng dạy bộmôn vật lí ở trường phổ thông

Trong quá trình giảng dạy môn vật lí nói chung và giảng dạy bài tập vật

lí nói riêng, giáo viên thường sử dụng phương pháp chia nhóm để học sinhthảo luận và tìm ra kết quả cho câu hỏi; giáo viên thường kết luận đúng hoặcsai, ngoài ra không hướng dẫn gì thêm Việc giảng dạy vật lí nhất là giảng dạybài tập như thế sẽ không đạt được kết quả cao, vì trong lớp có các đối tượnghọc sinh giỏi, khá, trung bình, yếu và kém nên khả năng tư duy của các em rấtkhác nhau Đối với học sinh yếu, kém hay trung bình không thể tư duy kịp vànhanh như học sinh khá, giỏi nên khi thảo luận các em chưa kịp hiểu ra vấn đề

và nhất là khi thảo luận nhóm giáo viên thường hạn chế thời gian hoặc thi xemnhóm nào đưa ra kết quả nhanh nhất thì thường kết quả này là tư duy của họcsinh khá giỏi trong nhóm Đa số giáo viên khi giảng dạy môn vật lí nói chung

và giảng dạy bài tập vật lí nói riêng thường mắc phải một số sai lầm sau:

- Sử dụng một cách tùy tiện phương pháp nhóm, chẳng hạn cho bốn bàitập rồi yêu cầu mỗi nhóm làm một bài, sau đó chỉ học sinh làm bài tập nhóm 1nhận xét bài làm của nhóm 2 hoặc nhóm 3, nhóm 4 Điều này thật vô lí bởicác em không nghiên cứu thì không thể nhận xét, điều này dẫn đến việc nhậnkhông khách quan, chỉ có thể nhận xét là đúng hoặc sai; từ đó việc chia nhóm

là không đạt hiệu quả và kết quả là học sinh không thu nhận được kiến thức

- Giáo viên thường hiểu lầm hoạt động nhóm với thảo luận nhóm, làmbài tập nhóm, đa số giáo viên sử dụng làm bài tập nhóm nghĩa là đưa ra bàitập rồi qui định nhóm làm, thường kết quả này là tư duy của học sinh khá, giỏitrong nhóm, còn học sinh yếu hơn hầu như không tham gia vào quá trình làm.

- Cải tiến phương pháp dạy học truyền thống bằng cách tăng cường câuhỏi tái hiện, sử dụng các phương pháp dạy học hiện đại như một hình thứcthay cho phấn trắng, bảng đen và chủ yếu là trong các tiết có thao giảng, có dựgiờ

- Sử dụng các phương tiện dạy học hiện đại chưa đúng mục đích, chưaphát huy hết tác dụng thực sự, chẳng hạn khi dạy học có sử dụng máy chiếuthì chưa phối hợp ăn ý giữa bảng đen, phấn trắng và máy chiếu do đó dẫn đếntình trạng “thầy đọc – trò ghi”…

- Hệ thống bài tập chưa phong phú, sáng tạo chỉ là những bài tập trongsách giáo khoa, sách bài tập nên việc sử dụng bài tập vật lí không phát huy hếttác dụng; việc giải các bài tập thí nghiệm, bài tập định tính, bài tập đồ thị ítđược sử dụng, chỉ chú trọng đến giải bài tập định lượng và bài tập trắc nghiệmkhách quan (trong phần vận dụng kiến thức vừa học xong)

- Trong phương pháp giải bài tập, đa số giáo viên ít chú trọng đến khâuphân tích và kiểm tra – biện luận, giải bài tập chỉ đơn thuần giải mà thôi

Thực trạng của việc sử dụng bài tập vật lí trong dạy học vật lí phổ thông

Việc dạy học vật lí ở trường phổ thông hiện nay chưa phát huy hết tácdụng vai trò của bài tập vật lí trong việc thực hiện các nhiệm vụ dạy học Dạyhọc sinh giải bài tập vật lí là một công việc khó khăn và ở đó bộc lộ rõ nhấttrình độ của giáo viên trong việc hướng dẫn hoạt động trí tuệ của học sinh.Học sinh phổ thông có quá ít điều kiện nghiên cứu, quan sát và tiến hànhcác thí nghiệm vật lí do đó các bài tập thí nghiệm ít được chú trọng

Khi giảng dạy bài tập vật lí thì số lượng bài tập định tính đang được sửdụng rất hạn chế Dĩ nhiên có rất nhiều lí do đưa ra nhưng phải đề cập đầu tiên

20

đó là nguồn bài tập định tính xuất bản không nhiều Ra quầy sách hiếm hoilắm mới tìm được vài cuốn với tên gọi là bài tập định tính Thật ra một số sáchkhông đúng với tên gọi là bài tập định tính, đôi khi chỉ là những câu hỏi trongmột vài sách giáo khoa, sách tham khảo Hơn nữa, cũng nói thêm chươngtrình học nặng đã không cho phép giáo viên tốn thời gian cho các bài tập địnhtính vì dạy xong bài học cần tập trung thời gian để rèn luyện kỹ năng tínhtoán, đáp ứng tiêu chí thi cử Thêm vào đó, khối lượng công việc nhiều khôngcho phép giáo viên có thời gian để sưu tầm, đọc thêm và hiểu rõ hơn (để trìnhbày cho học sinh dễ hiểu) Vì vậy, số lượng bài tập dạng này đến với học sinh

hệ thống các bài tập giao cho học sinh về nhà làm chủ yếu là trong sách giáokhoa và sách bài tập, bài tập tham khảo các em đều tự tìm và tham khảo thêm,chủ yếu là các em khá giỏi

Trên đây là thực trạng của việc dạy học và sử dụng bài tập vật lí trongdạy học ở các trường phổ thông, tuy đã có nhiều đổi mới trong phương phápdạy – học nhưng vẫn chưa khắc phục được những tình trạng bất cập đang xảy

ra trong giáo dục ở nước ta hiện nay Chính vì thế không chỉ ngành giáo dục

nói chung mà bản thân người giáo viên cần phải đổi mới phương pháp dạyhọc kịp thời, có chiến lược, toàn diện và sâu sắc.

Thực trạng của việc sử dụng phương pháp hình học trong giải bài tập vật lí ở trường phổ thông.

Như đã trình bày ở trên, sử dụng phương pháp hình học trong giải bài tậpvật lí phổ thông có nhiều ưu điểm, nhưng thực tế ở các trường phổ thôngphương pháp này được sử dụng không mấy thường xuyên

Khi gặp một bài tập có thể giải được bằng nhiều phương pháp (phươngpháp đại số, phương pháp hình học…) thì thường học sinh né tránh việc chọnphương pháp hình học Bởi lí do là nếu muốn giải bằng phương pháp hình họcthì học sinh phải nắm được bản chất của các quá trình, các hiện tượng vật lí đềcập trong bài toán, nên khi còn mập mờ về kiến thức thì học sinh thường sửdụng phương pháp tryền thống là viết công thức hay phương trình vật lí cóliên quan rồi thay các giá trị

Cũng từ lí do trên dẫn đến việc giáo viên sử dụng bài tập giải bằngphương pháp hình học cũng có phần hạn chế Ở những lớp học khá, trình độhọc sinh đồng đều thì việc hướng dẫn học sinh giải bài tập giải bằng phươngpháp hình học sẽ rất thuận lợi, nhưng với những trường hợp lớp có trình độhọc sinh trung bình thì việc hướng dẫn học sinh bài tập giải bằng phương pháphình học sẽ gặp nhiều khó khăn bởi có thể giáo viên phải nhắc lại nhiều kiếnthức hình học có liên quan

22

CHƯƠNG II: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HÌNH HỌC ĐỂ GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM VẬT LÍ LỚP 10 NÂNG CAO

2 1 Nội dung kiến thức cơ bản chương “Động học chất điểm” vật lí lớp

10 nâng cao

2 1 1 Đặc điểm và cấu trúc nội dung của chương “Động học chất điểm”

 Cấu trúc nội dung của chương

 Nội dung cơ bản của chương động học chất điểm

a Chất điểm

Chất điểm là một vật có khối lượng nhưng có kích thước không đáng kể

so với những khoảng cách mà ta khảo sát

Khi một vật được coi là chất điểm thì khối lượng của vật coi như tập

trung tại chất điểm đó.

Các hành tinh trong hệ mặt trời chuyển động xung quanh mặt trời cũng

có thể coi là các chất điểm

b Quỹ đạo

Quỹ đạo là đường mà chất điểm vạch ra trong không gian khi chuyểnđộng Muốn xác định quỹ đạo chuyển động của vật ta phải dựa vào cácphương pháp toạ độ

d Vận tốc

Vận tốc là đại lượng vật lí đặc trưng cho sự nhanh hay chậm của chuyểnđộng và cho biết hướng của chuyển động Như vậy vận tốc vừa là một đạilượng có hướng vừa có một giá trị cụ thể Vậy vận tốc phải là một đại lượngvectơ Mặt khác trong quá trình chuyển động, chất điểm có thể chuyển độngnhanh hơn hay chậm đi, do đó khi xét đến khái niệm vận tốc ta phải khảo sáttrong các khoảng thời gian nhất định

Định nghĩa chính xác nhất của vận tốc là:

ds dt

+ Vận tốc trung bình

24

Vectơ vận tốc trung bình của chất điểm trong thời gian ∆t được địnhnghĩa là:

tb

r v

Với ∆rr là vectơ độ dời của chất điểm

Vectơ vận tốc trung bình có hướng trùng với hướng vectơ dịch chuyển vàbiểu thị sự thay đổi vị trí của chất điểm trong khoảng thời gian ∆t

Trong chuyển động thẳng, giá trị của vận tốc trung bình được tính theocông thức:

tb

x v

+ Tốc độ trung bình

Tốc độ trung bình bằng tỷ số giữa quãng đường chất điểm đi được trongmột khoảng thời gian và khoảng thời gian đó:

s v

+ Tốc độ tức thời

Tốc độ tức thời của chất điểm tại thời điểm t được xác định:

lim0

s ds v

luôn có giá trị dương.

Nói đến vận tốc hay tốc độ tức thời, ta phải gắn nó với một thời điểmhoặc một vị trí xác định trên quỹ đạo ví dụ tốc độ tức thời của chất điểm tạithời đểm t hoặc tốc độ tức thời của chất điểm khi qua điểm A

Nếu ta chỉ nói đến vận tốc thì có nghĩa là ta đang nói đến vận tốc tứcthời, vì chỉ có vận tốc tức thời mới diễn đạt hết ý nghĩa đặc trưng cho sựnhanh hay chậm của chuyển động và chỉ hướng chuyển động của chất điểm ởtừng thời điểm

d Gia tốc

Trong chuyển động, chất điểm có thể thay đổi vận tốc Do đó cần có mộtđại lượng đặc trưng cho sự thay đổi của vận tốc, nó cho ta biết vận tốc của vậtthay đổi nhanh hay chậm, tăng hay giảm Đại lượng đó chính là gia tốc

Cũng như đối với khái niệm vận tốc, những đặc trưng đầy đủ của mộtvéctơ gia tốc phải được diễn đạt bằng một đạo hàm véctơ:

2 2

dv d s a

tb

v a

Với: ∆ = −uur r rv v1 v0

và ∆ = −t t1 t0.Gia tốc là một đại lượng vectơ, nghĩa là giá trị của nó sẽ là một giá trị đại

số Vậy dấu của gia tốc cho biết điều gì? Dấu của gia tốc cho biết chất điểmchuyển động nhanh dần hay chậm dần Khi gia tốc cùng dấu với vận tốc thì cónghĩa là chất điểm chuyển động nhanh dần và ngược lại nếu gia tốc ngược dấu

26

với vận tốc thì có nghĩa chất điểm chuyển động chậm dần.

Cơ thể của chúng ta cảm nhận được gia tốc Nếu ngồi trên ôtô, khi ô tôchuyển động có gia tốc thì ta sẽ cảm nhận được Gia tốc càng lớn thì ta cảmnhận càng rõ ràng Nhưng nếu ôtô chuyển động không có gia tốc thì dù vậntốc có lớn đến đâu ta cũng cảm thấy bình thường, nghĩa là nếu không nhìn rakhỏi xe thì ta không biết xe chạy nhanh hay chậm

Véctơ gia tốc có thể phân tích ra hai thành phần: thành phần tiếp tuyến vàthành phần pháp tuyến theo phương chuyển động Trường hợp đặc biệt củachuyển động thẳng thì không có thành phần tiếp tuyến và lúc đó gia tốc chỉđặc trưng cho sự biến thiên nhanh hay chậm của vận tốc Đối với chuyển độngthẳng đều thì gia tốc là một hằng số Đối với chuyển động tròn đều, chỉ cóthành phần pháp tuyến làm thay đổi liên tục phương của chuyển động

e Các dạng chuyển động đơn giản

+ Chuyển động thẳng đều: Chuyển động đơn giản nhất trong tự nhiên

là chuyển động thẳng

+ Định nghĩa chuyển động thẳng đều

Chuyển động thẳng đều là chuyển động thẳng, trong đó chất điểm có vậntốc tức thời không đổi

Vậy chuyển động thẳng đều

trước hết là chuyển động có quỹ

đạo là đường thẳng và vận tốc của

chất điểm là như nhau trong suốt

quá trình chuyển động

Trong chuyển động thẳng

đều vận tốc tức thời và vận tốc

trung bình có giá trị như nhau Vì

vậy không cần phân biệt hai khái

hình vẽ dưới

Trong chuyển động thẳng đều, đồ thị vận tốc - thời gian của chất điểm códạng đường thẳng vuông góc với trục tung (trục vận tốc), điều này thể hiệntrong suốt thời gian chuyển động vận tốc của chất điểm luôn nhận một giá trịkhông đổi

Từ đồ thị vận tốc - thời gian ta có thể xác định độ dời của chất điểmtrong quá trình chuyển động bằng cách tính diện tích hình chữ nhật có mộtcạnh bằng v và một cạnh bằng t

Độ dời của chất điểm chuyển động thẳng đều theo thời gian:

Vì vận tốc không đổi nên độ dời của chất điểm chuyển động thẳng đều tỉ

lệ thuận với khoảng thời gian chuyển động

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ dời của chất điểm chuyển độngthẳng đều theo thời gian như sau:

28

t (s)

Nhìn vào đồ thị tọa độ - thời gian của chất điểm, chúng ta có thể biết tất

cả các thông tin về chuyển động như vị trí của chất điểm ở từng thời điểm

trong quá trình chuyển động, tốc độ chuyển và chiều chuyển động

Vận tốc của chất điểm được xác định bằng hệ số góc của đồ thị Thật

Với α là góc tạo bởi trục hoành và đồ thị

+ Chuyển động thẳng biến đổi đều

Trong nhiều chuyển động thường gặp thì vận tốc của vật thay đổi đều

đặn theo thời gian Loại chuyển động như vậy trên đường thẳng gọi là chuyển

động thẳng biến đổi đều

- Định nghĩa

Chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động thẳng trong đó gia tốc

tức thời không đổi theo thời gian

Chuyển động thẳng biến đổi đều theo chiều tăng vận tốc gọi là chuyểnđộng thẳng nhanh dần đều.

Chuyển động thẳng biến đổi đều theo chiều giảm vận tốc gọi là chuyểnđộng thẳng chậm dần đều

Trong thực tế, có rất nhiều trường hợp vật chuyển động thẳng biến đổiđều Ví dụ như một vật nhỏ được ném thẳng đứng lên cao, trong giai đoạn đilên vật chuyển động thẳng chậm dần đều còn khi đi xuống vật chuyển độngthẳng nhanh dần đều

- Sự biến đổi của vận tốc theo thời gian trong chuyển động thẳng biến đổi đều.

Vì trong chuyển động thẳng biến đổi đều, gia tốc của chất điểm khôngđổi theo thời gian nên ta có thể xác định vận tốc tức thời của chất điểm ở từngthời điểm dựa vào công thức sau:

a Chuyển động thẳng nhanh dần đều b Chuyển động thẳng chậm dần đều

Hình 4 - Đồ thị vận tốc-thời gian của chuyển động thẳng biến

đổi đều

Từ đồ thị ta thấy hệ số góc của đồ thị là: tan v v0 a

t

Do đó có thể nói trong chuyển động thẳng biến đổi đều gia tốc củachuyển động bằng hệ số góc của đường

biểu diễn vận tốc theo thời gian

- Độ dời và đường đi trong chuyển

động thẳng biến đổi đều

Tương tự như trong chuyển động thẳng

đều, độ dời của chất điểm chuyển động

thẳng biến đổi đều có thể xác định bằng

diện tích hình tạo bởi đồ thị vận tốc - thời

gian của chuyển động, hai trục tọa độ và đường thẳng xác định thời điểm t

Từ hình vẽ, độ dời của chất điểm trong thời gian t được tính:

2

12

12

thời điểm nếu cho trước vận tốc ban đầu và gia tốc của chất điểm.

Phương trình chuyển động thẳng biến đổi đều là phương trình bậc haitheo t nên đồ thị của nó là một parabol

Nếu chuyển chất điểm chuyển động một chiều thì quãng dường vật điđược trùng với độ dời của vật nên ta có công thức xác định đường đi của vật

chuyển động thẳng biến đổi đều một chiều như sau : 2

0

12

chuyển Tuy nhiên các công thức này đều chứa thành phần t, nếu trong bài

toán không liên quan đến thời gian thì chúng ta cần có một mối liên hệ giữacác đại lượng độc lập với thời gian

trọng lực

Trước đây, từ kinh nghiệm quan sát, Aristotle cho rằng vật nặng rơinhanh hơn vật nhẹ Và kết luận này được người Châu Âu tin tưởng hai nghìnnăm Galileo Galile là người đầu tiên cho rằng nhận định đó là sai lầm và ông

đã tìm mọi cách để chứng minh nhận định của mình

Ông đã lập luận, làm các thí nghiệm để chứng minh nhận định củaAristotle là không đúng và thí nghiệm nổi tiếng nhất của ông là thí nghiệm thảcác vật có khối lượng khác nhau từ tháp nghiêng thành Pi-da Kết quả thínghiệm cho thấy các vật rơi nhanh như nhau

Các thí nghiệm chính xác cho thấy chuyển động rơi tự do là chuyển độngthẳng nhanh dần đều

Gia tốc rơi tự do phụ thuộc vào vĩ độ địa lí, độ cao của vật rơi và cấu trúcđịa chất của nơi đo Ở cùng một nơi trên trái đất và ở gần mặt đất, các vật rơi

tự do đều có cùng gia tốc

Vì rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều nên nó có các côngthức như chuyển động thẳng biến đổi đều

+ Chuyển động tròn đều

- Khái niệm chuyển động tròn đều

Một chất điểm chuyển động tròn đều là chất điểm chuyển động trên quỹđạo tròn có tốc độ trung bình trên mọi cung tròn là như nhau

Chúng ta cần lưu ý rằng, trong chuyển động tròn đều tốc độ của chấtđiểm là không đổi còn vận tốc của chất điểm thì lại thay đổi liên tục vềphương Do đó chuyển động tròn đều là chuyển động có gia tốc

Một số ví dụ về chuyển động tròn đều là khi ôtô chuyển động đều thì mộtđiểm trên vành bánh xe chuyển động tròn đều quanh trục của nó

- Gia tốc trong chuyển động tròn đều

Xét một chất điểm chuyển động tròn đều với vận tốc có độ lớn không đổi

v , ở thời điểm t 1 vật có vận tốc vr1

, ở thời điểm t 2 vật có vận tốc vr2

Gia tốc

trung bình của chất điểm trong thời gian từ t1 đến t2 được xác định như hình

vẽ

Gia tốc trung bình có hướng trùng với hướng của vectơ ∆vr, mà vì vận

tốc tại các thời điểm t 1 , t 2 vuông góc với các bán kính R 1 , R 2 nên ∆vr vuônggóc với ∆Rr Nghĩa là gia tốc trung bình của chất điểm hướng vào tâm của quỹđạo chuyển động

Khi t 2 tiến tới gần trùng với t 1 thì gia tốc trung bình của chất điểm chính

là gia tốc tức thời

Vậy gia tốc trong chuyển động tròn đều hướng vào tâm của quỹ đạo vàđặc trưng cho sự thay đổi về phương của vận tốc tức thời của chất điểm gọi làgia tốc hướng tâm

Độ lớn của gia tốc hướng tâm được tính như sau:

Điều này cho thấy gia tốc hướng tâm trong chuyển động tròn đều hướngvào tâm quỹ đạo và có độ lớn không đổi

- Tốc độ dài và tốc độ góc trong chuyển động trong đều

Trong chuyển động tròn đều vectơ vận tốc có phương tiếp tuyến với quỹđạo và độ lớn không đổi Độ lớn của vectơ vận tốc trong chuyển động trònđều gọi là tốc độ dài

Tốc độ góc là đại lượng đo bằng

thương số giữa góc mà bán kính nối

chất điểm với tâm quỹ đạo quét được

trong khoảng thời gian ∆t và khoảng

thời gian ấy Ký hiệu tốc độ góc là ω

- Chu kỳ và tần số trong chuyển động tròn đều

Vì tốc độ dài không đổi nên cứ sau một khoảng thời gian nhất định chấtđiểm đi hết một vòng tròn, nó lại đến vị trí ban đầu và lặp lại trạng tháichuyển động như cũ

Sự lặp đi lặp lại này cho ta khái niệm về chu kỳ và tần số

Chu kỳ T là khoảng thời gian để chất điểm chuyển động tròn đều đi hếtmột vòng trên đường tròn

2 R

T v

π

=

Trong đó: R là bán kính quỹ đạo

v là tốc độ dài của chất điểm Tần số f của chuyển động tròn đều là đại lượng đo bằng số vòng mà chất

điểm đi được trong 1 giây

f T

f Tính tương đối của chuyển động

Theo định nghĩa chuyển động cơ là sự thay đổi vị trí của vật này so vớivật khác theo thời gian Vậy người ngồi trong ôtô chuyển động hay cây cốibên đường chuyển động?

Trong mỗi hệ quy chiếu khác nhau thì chất điểm có quỹ đạo, vận tốcchuyển động khác nhau Ta nói chuyển động có tính tương đối

Giả sử trên một chiếc bè trôi thẳng đều trên sông với vận tốc vr23

có mộtngười đang chuyển động thẳng đều từ vị trí A đến vị trí B với vận tốc vr12

vào hướng của các vectơ thành phần mà chúng ta có thể xác định tốc độ củachất điểm [7]

2 1 2 Vị trí, vai trò kiến thức chương “Động học chất điểm”

Phần động học chất điểm là một phần của cơ học nghiên cứu về cácchuyển động đơn giản nhất trong tự nhiên (chuyển động cơ học) Trong đóngười ta nghiên cứu các cách xác định vị trí của các vật trong không gian tạinhững thời điểm khác nhau và mô tả tính chất chuyển động của các vật bằngcác phương trình toán học, nhưng chưa xét đến nguyên nhân chuyển động

Ở phần này đề cập đến các khái niệm liên quan đến chuyển động nhưchất điểm, quỹ đạo, độ dời, hệ quy chiếu; các đại lượng đặc trưng cho chuyểnđộng như thời gian, quãng đường, vận tốc, gia tốc; các dạng chuyển động đơngiản như chuyển động thẳng gồm có chuyển động thẳng đều và chuyển độngthẳng biến đổi đều, chuyển động tròn và chyển động của vật bị ném và nghiêncứu một đặc điểm của chuyển động là tính tương đối của chuyển động

Các phương pháp vật lí nghiên cứu trong phần này gồm có phương pháp

mô hình, phương pháp thực nghiệm, phương pháp tương tự

2 1 3 Kiến thức cơ bản và kỹ năng học sinh cần đạt trong chương

“Động học chất điểm”

 Kiến thức

− Nêu được chuyển động, chất điểm, hệ quy chiếu, mốc thời gian, vậntốc là gì

− Nhận biết được đặc điểm về vận tốc của chuyển động thẳng đều

− Nêu được vận tốc tức thời là gì

− Nêu được ví dụ về chuyển động thẳng biến đổi đều (nhanh dần đều,chậm dần đều)

− Viết được công thức tính gia tốc của một chuyển động biến đổi đều

− Nêu được đặc điểm của vectơ gia tốc trong chuyển động thẳng nhanh

dần đều, trong chuyển động thẳng chậm dần đều

− Viết được công thức tính vận tốc v t = v0 + at, phương trình chuyển

0 0

x = x + v t +at Từ đó suy ra công thức tính quãng đường đi được

− Nêu được sự rơi tự do là gì và viết được công thức tính vận tốc vàđường đi của chuyển động rơi tự do Nêu được đặc điểm về gia tốc rơi tự do

− Phát biểu được định nghĩa về chuyển động tròn đều Nêu được ví dụthực tế về chuyển động tròn đều

− Viết được công thức tính tốc độ dài và chỉ được hướng của vectơ vậntốc trong chuyển động tròn đều

− Viết được công thức và nêu được đơn vị đo tốc độ góc, chu kì, tần sốcủa chuyển động tròn đều

− Viết được hệ thức giữa tốc độ dài và tốc độ góc

− Nêu được hướng của gia tốc trong chuyển động tròn đều và viết đượccông thức tính gia tốc hướng tâm

− Viết được công thức cộng vận tốc: v r1,3 = v r1,2 + v r2,3

− Lập được phương trình toạ độ x = x0 + vt

− Vận dụng được phương trình x = x 0 + vt đối với chuyển động thẳng

đều của một hoặc hai vật

− Vẽ được đồ thị toạ độ của hai chuyển động thẳng đều cùng chiều,ngược chiều Dựa vào đồ thị toạ độ xác định thời điểm, vị trí đuổi kịp hay gặpnhau

− Vận dụng được phương trình chuyển động và công thức : vt = v 0 + at ;

38

s = v 0 t + 1

2at 2 ; v2t − v20 = 2as

− Vẽ được đồ thị vận tốc của chuyển động thẳng biến đổi đều và xácđịnh được các đặc điểm của chuyển động dựa vào đồ thị này

− Giải được các bài tập về chuyển động tròn đều

− Giải được bài tập về cộng hai vận tốc cùng phương và có phươngvuông góc

− Xác định được các sai số tuyệt đối và sai số tỉ đối trong các phép đotrực tiếp và gián tiếp

− Xác định được gia tốc của chuyển động nhanh dần đều bằng thínghiệm [13]

2 2 Hệ thống bài tập chương “Động học chất điểm”

2 2 1 Yêu cầu

Trong dạy học bất cứ một đề tài nào, người giáo viên cần phải lựa chọnmột hệ thống bài tập thỏa mãn các yêu cầu sau:

+ Các bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp (phạm vi

và số lượng kiến thức, kỹ năng cần vận dụng từ một đề tài đến nhiều đề tài, sốlượng các đại lượng cho biết và số đại lượng phải tìm…) giúp học sinh nắmđược phương pháp giải các bài tập điển hình

+ Mỗi bài tập phải là một mắc xích trong hệ thống bài tập, đóng góp mộtphần nào đó vào việc củng cố, hoàn thiện và mở rộng kiến thức

+ Hệ thống bài tập cần gồm nhiều thể loại bài tập

Bài tập được lựa chọn là những bài tập tiêu biểu, hệ thống bài tập cầngồm nhiều thể loại, các bài tập được lựa chọn phải phù hợp với chiến lược dạyhọc, kế hoạch và mục đích sử dụng

2 2 2 Phân loại bài tập

Tùy vào cách phân loại mà ta có thể phân loại bài tập thuộc dạng nào, thểloại nào, hình thức sử dụng như thế nào…Sau khi đã lựa chọn và phân loại bàitập ta tiến hành xây dựng hệ thống bài tập cho từng chủ đề kiến thức

Dựa vào đặc điểm của chương Động học chất điểm, dựa vào mức độ khókhăn của bài tập vật lí đối với học sinh, dựa vào phân loại và sử dụng bài tậpvật lí trong dạy học, dựa vào mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài,chúng tôi phân loại hệ thống bài tập chương Động học chất điểm gồm : bài tậpđịnh tính và bài tập định lượng (phân loại theo phương thức giải); bài tập trắcnghiệm khách quan và bài tập tự luận (phân loại theo hình thức kiểm tra đánhgiá).

2 2 2 1 Phân loại bài tập theo phương thức giải

2 2 2 1 1 Bài tập định tính

a Khái niệm

Bài tập định tính là những bài tập mà khi giải không cần tính toán (haychỉ làm các phép tính đơn giản) có thể tính nhẩm được, muốn giải bài tập địnhtính ta chỉ cần thực hiện những phép suy luận lôgic, do đó cần phải hiểu rõbản chất (nội hàm) của các khái niệm, định luật vât lí và nhận biết các biểuhiện của chúng trong những trường hợp cụ thể

Bài tập định tính thường yêu cầu giải thích, dự đoán một hiện tượng xảy

ra trong những điều kiện xác định

Bài tập định tính có thể là những bài tập đơn giản, trong đó chỉ áp dụngmột định luật, một quy tắc, một phép suy luận lôgic Một số bài tập định tính

có thể chỉ sử dụng một hình vẽ đơn giản, trong đó chỉ áp dụng một định luật,hoặc có thể sử dụng một dạng của bài tập thí nghiệm

b Phương pháp giải

Nội dung bài tập định tính rất phong phú Có thể có những bài tập địnhtính khi giải chỉ cần vận dụng một khái niệm, một định luật hay một thuyếtnào đó nhưng cũng có bài khi giải phải vận dụng kiến thức của nhiều phầnhiều chương khác nhau

Để giải bài tập định tính ta cần phải dựa vào việc vận dụng một kháiniệm, một định luật, một tính chất nào đó của vật thể, hay định nghĩa một đại

40