Nghiên cứu xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm vật lí vào dạy học phần cơ học lớp 10 THPT

Khai thác và sử dụng những dụng cụ, thiết bị thí nghiệm vào dạy học BTTN Xây dựng hệ thống bài tập thí nghiệm vật lí ở trường PT .... Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng được một hệ thống

-th¸i huy hiÖp

Nghiªn cøu x©y dùng vµ sö dông bµi tËp thÝ nghiÖm vËt lÝ vµo d¹y häc

Nghiªn cøu x©y dùng vµ sö dông

bµi tËp thÝ nghiÖm vËt lý vµo d¹y häc

phÇn c¬ häc líp 10 THPT

luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc gi¸o dôc

Chuyªn ngµnh : lý luËn vµ ph¬ng ph¸p d¹y häc bé m«n vËt lý

M· sè: 60.14.01.11

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Đình Thước

Nghệ An - 2015

MỤC LỤC

Mở đầu

Trang

6

9 9 10 10 11 13 14 15 17 17 17 18 19 20 20 20 21 24 42 46 67 68 68 68 69 69 69 70 70 71 71 71 79 80 81 83

Chương 1 BÀI TẬP THÍ NGHIỆM Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

1.1 Bài tập trong dạy học Vật lí

1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.3 1.3.1 1.3.2 1.4 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.5 3.5.1 3.5.2 Bài tập thí nghiệm vật lí

Khái niệm về bài tập thí nghiệm trong môn vật lí ở trường phổ thông

Các loại bài tập thí nghiệm

Vai trò, chức năng của bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí

Các bước chung giải bài tập thí nghiệm

Khai thác và sử dụng những dụng cụ, thiết bị thí nghiệm vào dạy học BTTN

Xây dựng hệ thống bài tập thí nghiệm vật lí ở trường PT

Những nguyên tắc xây dựng hệ thống BTTN

Phương pháp xây dựng, biên soạn BTTN

Thực trạng xây dựng và sử dụng BTTN trong dạy học vật lý ở trường THPT Kết luận chương I

Chương 2 Xây dựng và sử dụng hệ thống BTTN dạy học chương

“Động lực học chất điểm”

Phân tích chương trình, ND SGK dạy học chương “Động lực học chất điểm” Cấu trúc chương trình Vật lý 10 hiện hành

Cấu trúc chương “Động lực học chất điểm” thuộc vật lý 10 Ban KHTN

Xây dựng hệ thống BTTN chương Động lực học chất điểm VL 10

Đề xuất các ph/án sử dụng BTTN dạy học chương “Động lực học chất điểm” Thiết kế một số tiến trình dạy học sử dụng BTTN

Kết luận chương II

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

Mục đích thực nghiệm sư phạm

Đối tượng TNSP

Nhiệm vụ TNSP

Nội dung TNSP

Công tác chuẩn bị

Thời gian thực nghiệm

Phương pháp tiến hành TNSP

Đánh giá kết quả TNSP

Lựa chọn tiêu chí đánh giá

Kết quả thực nghiệm

Kết luận chương III

Kết luận chung

Tài kiệu tham khảo

Phụ lục

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy giáo, cô giáo trong Khoa Vật

lí, chuyên ngành lý luận và PPDH bộ môn vật lí đã giúp đỡ tác giả học tập, nghiên cứu trong khóa học

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến những người thân trong gia đình, bạn

bè và đồng nghiệp đã động viên, chia sẻ những khó khăn trong quá trình làm luận văn.

Vinh, tháng 8 năm 2015 Tác giả

CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

thực hiện các nhiệm vụ dạy học vật lí ở trường phổ thông Đặc biệt, BTVL làphương tiện hữu hiệu trong việc phát triển tư duy và năng lực sáng tạo của HS

Giải bài tập vật lí đòi hỏi HS phải hoạt động trí tuệ tích cực, độc lập vàsáng tạo Việc khai thác những thế mạnh của BT vật lí và lựa chọn những bài tậpvật lí phù hợp trong các tình huống dạy học vật lí là hoạt động sáng tạo và linhhoạt của GV, nó luôn gắn liền với việc củng cố, khắc sâu, hoàn thiện tri thức vàrèn luyện kĩ năng vận dụng cho HS Việc dạy học vật lí ở trường phổ thông hiệnnay vẫn chưa phát huy được vai trò của bài tập vật lí trong việc thực hiện cácnhiệm vụ dạy học

Trong các loại bài tập vật lí thì bài tập thí nghiệm có nhiều lợi thế thựchiện nhiệm vụ giáo dưỡng, giáo dục, phát triển tư duy, giáo dục kĩ thuật tổng hợp– hướng nghiệp cho HS Thế nhưng, trong nhà trường phổ thông ở nước ta giáoviên vật lí ít quan tâm tới loại BTTN

Đổi mới phương pháp dạy học vật lí, một trong những vấn đề đặt ra là phảiphát huy tính tích cực, tự lực của học sinh trong hoạt động nhận thức Đối vớidạy học bài tập vật lí như thế nào để góp phần đổi mới phương pháp dạy họctrong nhà trường

Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu:

“Nghiên cứu xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm Vật Lí vào dạy học phần cơ học vật lý 10 THPT”

2 Mục đích nghiên cứu

cơ học Vật lí 10 THPT nhằm nâng cao chất lượng học tập của HS

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Bài tập vật lí trong dạy học – Vật lí 10

3.2 Phạm vi nghiên cứu

4 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng được một hệ thống bài tập thí nghiệm chương “Động lựchọc chất điểm” – vật lí 10 và có những phương án sử dụng BTTN linh hoạt thì

có thể phát triển tư duy, năng lực sáng tạo góp phần nâng cao chất lượng học tậpcủa học sinh

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

Vật lí 10

5.5 Thiết kế các tiến trình dạy học sử dụng các bài tập thí nghiệm

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết

Nghiên cứu các tài liệu tham khảo, xây dựng cơ sở lí luận của đề tài

6.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Điều tra thực trạng sử dụng BTTN ở trường THPT

- Thực nghiệm sư phạm

6.3 Phương pháp thống kê toán học

7 Đóng góp của đề tài

thiết kế được các tiến trình dạy học bài tập có sử dụng BTTN trong dạy họcchương “Động lực học chất điểm” Vật lí 10 THPT (Mục này tôi đã trình bày chitiết ở chương II của luận văn)

- Đối với đội ngũ cán bộ quản lí giáo dục phổ thông từ Bộ GD&ĐT đến cơ

sở cần quan tâm tới cơ sở vật chất thiết bị dạy học nói chung và cho môn vật lí nói riêng; thường xuyên đôn đốc, kiểm tra đánh giá năng lực thực nghiệm của

GV trong đổi mới dạy học theo hướng phát triển năng lực của học sinh

trong các hình thức học tập ở trường cũng như ở nhà, trong kiểm tra đánh giá kết quả học tập theo năng lực

8 Cấu trúc của luận văn

Chương 1 Bài tập thí nghiệm ở trường phổ thông

Chương 2 Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập thí nghiệm dạy học

Chương 1 BÀI TẬP THÍ NGHIỆM Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

1.1 Bài tập trong dạy học Vật lí

● Bài tập vật lí: Trong thực tế dạy học, người ta thường gọi một vấn đề

không lớn, được giải quyết nhờ những suy lí lôgic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí, vấn đề đó gọi là bài tập vật lí Hiểu theo nghĩa rộng thì mỗi một vấn đề xuất hiện trong nghiên

cứu tài liệu giáo khoa cũng chính là một bài tập đối với học sinh Sự tư duy địnhhướng một cách tích cực luôn luôn là việc giải bài tập

● Bài tập vật lí đa dạng và phong phú Ta có thể phân loại theo nhiều cáchkhác nhau, theo nhiều đặc điểm: theo nội dung, theo ý nghĩa mục đích, theochiều sâu của việc nghiên cứu vấn đề, theo phương thức – phương tiện giải, theomức độ khó của nhận thức để gọi tên các loại bài tập

ta phân biệt bài tập theo các loại: Bài tập định tính – câu hỏi; Bài tập tính toán;Bài tập thí nghiệm; Bài tập đồ thị; Bài tập nghịch lí và ngụy biện Phân loại theomức độ nhận thức, ta có thể chia BTVL thành hai loại: Bài tập luyện tập và Bàitập sáng tạo

● Các bài tập vật lí có tầm quan trong đặc biệt, chúng được sử dụng theo

những mục đích khác nhau Bài tập vật lí là một phương tiện dạy học được sửdụng trong mọi giai đoạn của quá trình dạy học: BTVL là phương tiện tạo tìnhhuống có vấn đề; BTVL trong quá trình xây dựng kiến thức mới; BTVL làphương tiện dùng để củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức; BTVL là phươngtiện rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, vận dụng kiến thức; BTVL là phương tiện rènluyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nhận thức khoa học; BTVL là phươngtiện giáo dục để hình thành và phát triển nhân cách; BTVL là phương tiện kiểmtra đánh giá kết quả học tập; BTVL là phương tiện phát hiện và bồi dưỡng năngkhiếu vật lí; …

Lí luận và thực tiễn dạy học vật lí trong nhà trường đã khẳng định: BTVL

là phương tiện để thực hiện có hiệu quả các nhiệm vụ của dạy học vật lí, làphương tiện phát triển tư duy và năng lực sáng tạo của học sinh

Giải BTTN là một hình thức hoạt động học tập, tăng cường hứng thú, sángtạo, gắn học với hành, lí luận với thực tế, kích thích tính tích cực, tự lực, tríthông minh, tài sáng tạo, tháo vát của từng HS và đặc biệt đối với HS khá giỏi.BTTN có thể được sử dụng trong các tiết lí thuyết; dùng trong các tiết bàitập; dùng trong tiết ôn tập; kiểm tra (như yêu cầu học sinh thiết kế, mô tả một thínghiệm); trong các buổi ngoại khoá; giờ thực hành Vì thế, độ phức tạp củaBTTN cũng phải khác nhau Muốn nâng cao chất lượng học tập, đào sâu mởrộng kiến thức, phát triển tư duy sáng tạo cho HS trong dạy học vật lí, chúng taphải cho HS tăng cường giải quyết nhiều BTTN Dĩ nhiên, không quên kết hợpBTTN với các loại bài tập vật lí khác

1.2.2 Các loại bài tập thí nghiệm [11]

Căn cứ vào yêu cầu và phương thức giải ta có thể phân chia BTTN thànhhai loại là: BTTN định tính và BTTN định lượng

● Bài tập thí nghiệm định tính

Loại bài tập này không có các phép đo đạc, tính toán định lượng Khi giải

nó thì HS phải lắp ráp TN theo sơ đồ cho trước hoặc theo những điều kiện đãxác định; sau đó tiến hành TN HS phải quan sát diễn biến của hiện tượng vật lítrong TN và sử dụng những suy luận lôgic dựa trên cơ sở các định luật, kháiniệm vật lí đã học để mô tả và giải thích những kết quả đã quan sát được, hoặc

sử dụng kết quả mà từ thí nghiệm quan sát được để giải thích các hiện tượng đã

có BTTN định tính có thể phân thành hai dạng:

- Dạng 1: BTTN quan sát và giải thích hiện tượng

Khi giải bài tập dạng này yêu cầu HS phải thực hiện các công việc sau:+ Làm TN theo sự hướng dẫn của giáo viên

+ Quan sát TN theo mục tiêu đã chỉ sẵn

+ Mô tả hiện tượng bằng kiến thức đã có

Để giải dạng bài tập này thì HS cần phải trả lời các câu hỏi như:

+ Hiện tượng xảy ra như thế nào?

+ Tại sao lại xảy ra hiện tượng đó?

Trả lời câu hỏi thứ nhất, HS tham gia vào quá trình tích luỹ kiến thức vềhiện tượng, mô tả được diễn biến của hiện tượng Còn câu hỏi thứ hai, giúp cho

HS liên hệ sự kiện quan sát xảy ra trong TN với những định nghĩa, khái niệm,hiện tượng vật lí đã học Tức là giúp HS biết cách lập luận khi giải thích bảnchất của hiện tượng Đây chính là cơ hội để bồi dưỡng cho HS các thao tác tưduy, khả năng lập luận, diễn đạt bằng ngôn ngữ nói và viết

- Dạng 2: Bài tập thiết kế phương án TN

Dạng bài tập này khá phổ biến ở trường phổ thông vì TN được tiến hànhtrong tư duy Do đó, nó hoàn toàn khả thi trong điều kiện trang thiết bị TN cònchưa đầy đủ như hiện nay Các bài tập này là tiền đề cho HS giải các BTTN định

lượng Nội dung của dạng bài tập này thường là: thiết kế phương án TN để đocác đại lượng vật lí, hoặc để quan sát một quá trình vật lí, minh hoạ cho mộtđịnh luật vật lí.

Để giải dạng bài tập này thì HS cần phải thực hiện các yêu cầu như:

+ Cho các thiết bị hãy tìm cách đo

+ Cho các thiết bị nêu phương án đo

● Bài tập thí nghiệm định lượng [11, tr 86]

Đây là loại bài tập yêu cầu HS ngoài việc chú ý đến hiện tượng vật lí cònphải đo đạc các đại lượng vật lí bằng các thiết bị; tìm mối liên hệ giữa các đạilượng vật lí BTTN định lượng có thể ở các mức độ tăng dần như sau:

Mức độ 1: Cho thiết bị, cho sơ đồ thiết kế và hướng dẫn cách làm thí

nghiệm Yêu cầu đo đạc các đại lượng, xử lí kết quả đo đạc để đi đến kết luận

Mức độ 2: Cho thiết bị, yêu cầu thiết kế phương án TN, làm TN đo đạc các

đại lượng cần thiết, xử lí số liệu để đi đến kết luận

Mức độ 3: Yêu cầu tự lựa chọn thiết bị, thiết kế phương án TN, làm TN đo

đạc, xử lí số liệu để tìm quy luật

Dựa vào cách phân loại bài tập thí nghiệm, những hành động của HS tronghoạt động giải bài tập, các mức độ về BTTN ta có thể thấy rõ bức tranh vềBTTN ở trường THPT theo sơ đồ phân loại [11, tr 86] hệ thống bài tập thínghiệm như sau:

Sơ đồ 1.2.2 1.2.3 Vai trò, chức năng của bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí [16]

Mục đích cơ bản đặt ra cho HS khi giải bài tập vật lí là hiểu sâu sắc các quyluật vật lí, biết phân tích chúng và ứng dụng chúng vào thực tiễn cuộc sống

Trong các loại bài tập thì bài tập thí nghiệm có nhiều lợi thế hơn cả về thựchiện 4 nhiệm vụ của dạy học vật lí: Giáo dưỡng, phát triển trí tuệ, giáo dục vàgiáo dục kĩ thuật tổng hợp – hướng nghiệp Giải bài tập thí nghiệm giúp họcsinh rèn luyện tính độc lập, tích cực trong học tập Những dự kiện dùng cho việcgiải BTTN là kết quả thu được từ thí nghiệm, bằng con đường đo lường nhữngđại lượng vật lí, quan sát hiện tượng vật lí trong quá trình tiến hành các thí

2 Nêu phương

án đo… với các thiết bị?

MĐ 1 Cho thiết bị, yêu cầu HS đo đạc

tìm quy luật có hướng dẫn của GV

MĐ 2 Cho thiết bị, yêu cầu HS lập

phương án thí nghiệm, làm thí nghiệm

đo đạc hoặc tìm quy luật

MĐ 3 Yêu cầu HS lựa chọn thiết bị,

lập phương án thí nghiệm, làm thí nghiệm đo đạc, tìm quy luật hoặc chứng minh một quy luật

nghiệm Để tìm được câu trả lời, học sinh cần phải vận dụng những kiến thứcvật lí đã biết, từ việc phân tích các biểu thức, HS phải hiểu rõ những điều kiệnnào là cần thiết để giải bài tập, thiết kế sơ đồ và lắp ráp thí nghiệm, tiến hànhnhững phép đo cần thiết Kết quả của lời giải có thể là kết quả của những phép

đo trực tiếp hoặc gián tiếp Sau khi có kết quả của các phép đo, HS phải biết tínhtoán xử lí sai số để lựa chọn kết quả

Ưu điểm của bài tập thí nghiệm so với các bài tập tính toán trước hết là ởchỗ không thể giải chúng một cách hình thức khi không biết đầy đủ quá trình vật

lí mà bài tập đề cập đến

Hoạt động giải bài tập thí nghiệm luôn gây được hứng thú lớn đối với họcsinh, luôn cuốn hút được sự chú ý của học sinh vào các vấn đề bài tập yêu cầu,phát huy tính tính cực tìm tòi, khám phá và sáng tạo Quá trình giải bài tập thínghiệm, học sinh được rèn luyện các thao tác tư duy và những kĩ năng thựcnghiệm Những số liệu khởi đầu về lý thuyết của bài toán sẽ được kiểm tra tínhđúng đắn thông qua các kết quả thu được bằng con đường thực nghiệm

Có thể giải các bài tập thí nghiệm chỉ dùng các thiết bị thông thường, đơngiản, bề ngoài có vẻ kém hiệu lực trong việc gây hứng thú cho HS Song nếubiết khai thác, lại có ý nghĩa to lớn trong phát triển tư duy sáng tạo của ngườihọc như Ka-pi-xa đã từng nói “ Thiết bị dạy học càng đơn giản càng có tác dụngtrong việc phát huy năng lực sáng tạo của người học”

1.2.4 Các bước chung giải bài tập thí nghiệm [12], [16]

chiến lược các bước giải BTTN

Bước 1 Đọc kỹ đề ra, phát hiện những điều kiện trong đó sự phụ thuộc

của đại lượng vật lí có thể xẩy ra; xác định những phương án có thể kiểm tra sựphụ thuộc đó Lựa chọn dụng cụ, vật liệu cần thiết: loại dụng cụ, tính chính xác

và giới hạn đo của dụng cụ

Bước 2 Thiết kế lắp ráp thí nghiệm và đề ra kế hoạch làm việc với thí

nghiệm

Bước 3 Tiến hành giải: quan sát hiện tượng xẩy ra, thu nhận thông tin:

ghi lại sự phụ thuộc cần kiểm tra dưới dạng tổng quát và cụ thể đối với nhữngđiều kiện đã cho Phân chia sự phụ thuộc phức tạp thành những thành phần đơngiản (một đại lượng biến thiên), lập bảng để ghi những đại lượng đo được; tiếnhành thực hiện những phép đo và ghi kết quả vào các bảng, xác định những sai

số đo

Bước 4 Xử lý các kết quả và kết luận: đánh giá độ chính xác kết quả thực

nghiệm với kết quả lí thuyết

1.2.5 Khai thác và sử dụng những dụng cụ, thiết bị thí nghiệm vào dạy học BTTN

Trong những năm gần đây, Bộ GD&ĐT cùng các Sở GD&ĐT của 64 tỉnh

và thành phố đã quan tâm đầu tư đồ dùng, thiết bị dạy học khá đầy đủ theo danhmục tối thiểu cho các môn học Cũng có nhiều địa phương, nhiều trường phổthông đã xây dựng được phòng học bộ môn vật lí, có các trang thiết bị đầy đủ vàhiện đại Nhiều GV quan tâm đến việc khai thác và sử dụng các thiết bị thínghiệm vào dạy học nên đã có những chuyển biến lớn tích cực trong việc thựchiện đổi mới phương pháp dạy học Nhưng chưa phải là tất cả mọi GV đều thựchiện và thực hiện một cách thường xuyên

Các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm của nhà trường không chỉ dừng lại mụcđích: GV làm các thí nghiệm biểu diễn trong giờ học xây dựng kiến thức mới vàphục vụ các bài thực hành thí nghiệm trong chương trình mà cần được khai thác,

sử dụng vào dạy học BTTN Giải BTTN cho ta thấy những khả năng mới trongviệc sử dụng các dụng cụ, thiết bị của phòng thí nghiệm vật lí (hay phòng học bộmôn vật lí) và trong việc tiến hành những thí nghiệm đa dạng bằng các thiết bị

đó trong quá trình học tập Có như thế mới mang lại hiệu quả cao nhất mục đíchcủa việc đầu tư mua sắm các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm

Bên cạnh khai thác, sử dụng những dụng cụ, thiết bị thí nghiệm của cáchãng công ty thiết bị dạy học sản xuất có trong nhà trường, cũng cần tính đếnmảng tự chế tạo các dụng cụ đơn giản và những thiết bị tự làm để sử dụng vàodạy học BTTN là một hướng đi có tính kinh tế và giáo dục rất có hiệu quả Cáchtriển khai, có thể: GV làm mẫu sản phẩm, HS quan sát và làm ra sản phẩm.Cũng có thể, GV giao nhiệm vụ cụ thể cho HS và HS cùng GV tham gia làm rasản phẩm hoặc GV hướng dẫn HS tự làm Bằng cách tận dụng các phế thải côngnghiệp như: chai thủy tinh, chai nhựa nước khoáng, lon bia, … những vật liệusẵn có bày bán la liệt trên thị trường: tấm bìa, tấm tôn, dây điện các loại, côngtắc điện, các loại bóng đèn, kể cả những linh kiện điện tử, bán dẫn GV hướngdẫn để HS tự chế tạo các dụng cụ, các thiết bị thí nghiệm rẻ tiền ví dụ: làmmột bình chia độ, vật liệu sử dụng từ chai thủy tinh hoặc chai nhựa, chế tạo mộtlực kế, chế tạo một nguồn rung có tần số 50 Hz, vv… làm những thí nghiệm (màtrong các tài liệu thí nghiệm tự làm đã hướng dẫn) với hình thức làm theo mẫu,cải tiến mẫu và sáng tạo mẫu Những sản phẩm này được sử dụng trong quátrình nghiên cứu lí thuyết vừa để phục vụ giải BTTN Đây chính là một trongnhững hình thức tổ chức hoạt động sáng tạo trong dạy học vật lí

Ngoài ra, những dụng cụ cá nhân, như: đồng hồ đeo tay, chiếc kính lão, kínhmắt cận thị, những vật dụng, thiết bị trong gia đình: phích nước, bếp điện, bàn

là, máy giặt, lò vi sóng, tivi, ổn áp, đền pin, công tơ điện v.v…cũng có thể làmdụng cụ sử dụng giải BTTN

BTTN có nội dung đa dạng, phong phú Vì thế, khả năng khai thác sửdụng các dạng dụng cụ, thiết bị thí nghiệm ở trường phổ thông như đã nêu trên

là vô tận Hoàn toàn bảo đảm tính khả thi để triển khai các BTTN

1.3 Xây dựng hệ thống bài tập thí nghiệm vật lí ở trường phổ thông

1.3.1 Những nguyên tắc xây dựng hệ thống BTTN

Hệ thống BTTN xây dựng dựa trên những nguyên tắc sau:

- Các BTTN được xây dựng từ đơn giản đến phức tạp, mỗi bài tập là một mắt xích của hệ thống

- Có các loại BTTN, phổ kiến thức và kĩ năng rộng, đáp ứng chuẩn năng lực thực nghiệm của chương trình dạy học vật lí

- BTTN giải được bằng phương tiện: sử dụng các thiết bị của nhà trường và những thiết bị HS có thể tự làm

- BTTN ở trường hay ở nhà phải bảo đảm về thời gian và phương tiện thiết bị cho phép

1.3.2 Phương pháp xây dựng, biên soạn BTTN

Biên soạn hệ thống BTTN, chúng ta có thể tiến hành theo hai cách sau đây:

Ví dụ 1 BTTN trong SBT vật lí 10: Xác định hệ số ma sát trượt giữa khối

gỗ hình hộp và mặt bàn nằm ngang nếu trong tay em có một lực kế

Ví dụ 2 Bài tập tính toán:

Khi người ta treo quả cân có khối lượng 300g vào đầu

dưới của một vật lò xo (đầu trên cố định) thì lò xo dài

31cm Khi treo thêm quả cân 200g nữa thì lò xo dài 33cm

Tính chiều dài tự nhiên và độ cứng của lò xo?

Lấy g = 10m/s2

Bài tập trên thuần tuý là một bài tập giáo khoa có thể chuyển bài tập trênthành BTTN bằng cách: Ta không cho các giá trị đại lượng như trong bài toán(m, l) mà ta cho các thiết bị bắt buộc học sinh phải dùng các thiết bị (lực kế,thước) đó để xác định giá trị các đại lượng

● Bài toán trên chuyển thành BTTN sau:

Xác định độ cứng của lò xo Cho các thiết bị sau: Lực kế, thước, lò xo

Ví dụ 3 Bài tập: Người ta ném một vật theo phương ngang từ độ cao 5 m,

với vận tốc 10 m/s Hỏi sau bao lâu thì vật đó chạm đất, tầm ném xa của vật làbao nhiêu? Vận tốc khi chạm đất là bao nhiêu?

● Bài tập trên chuyển thành dạng BTTN sau:

Xác định vận tốc của viên đạn khi ra khỏi nòng súng đồ chơi Cho thiết bịsúng đồ chơi, các viên đạn, thước dây

Trong sách bài tập Vật lí 10, Chương 2- Động lực học chất điểm, các bàitập sau có thể chuyển thành các bài tập thí nghiệm : 2.23, 2.25, 2.26, 2.27, 2.32,2.35, 2.36, 2.39, 2.48, 2.41, 2.42

Để thuận tiện cho việc sử dụng của giáo viên và tự học của HS, chúng tôibiên soạn hệ thống bài tập được trình bày thống nhất: Đề bài – Các câu hỏi địnhhướng hành động tư duy – Lời giải tóm tắt

1.4 Thực trạng sử dụng BTTN trong dạy học vật lí ở trường THPT

Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, tác dụng của thí nghiệm vật lí nóichung và BTTN vật lí nói riêng là rất rõ ràng Qua kết quả điều tra tại các trườngTHPT trên địa bàn huyện Hưng Nguyên – Nghệ An, kết qua thu được như sau:-Về khái niệm bài tập thí nghiệm vật lí, có 96% giáo viên được hỏi hiểuđúng, số còn lại hiểu khái niệm BTTN chưa rõ ràng

- BTTN ít được đề cập tới trong quá trình giảng dạy Chỉ có 18% GV sửdụng BTTN

- GV vật lí thực hiện chương trình, trực tiếp hướng dẫn HS thực hiện các bàithực hành vật lí, có 100%

- Các trường đều có phòng thí nghiệm vật lí, phòng học bộ môn vật lí Thiết

bị thí nghiệm tối thiểu phục vụ cho dạy học vật lí được trang bị đầy đủ

- Chưa tổ chức cho HS chế tạo các thiết bị thí nghiệm, chưa tổ chức giảiBTTN ở lớp cũng như không giao nhiệm vụ cho HS giải BTTN ở nhà

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Xây dựng hệ thống bài tập làm phương tiện thực hiện 04 nhiệm vụ dạyhọc vật lí ở trường phổ thông (nhiệm vụ giáo dưỡng; nhiệm vụ phát triển trí tuệ;nhiệm vụ giáo dục kĩ thuật tổng hợp – hướng nghiệp và nhiệm vụ giáo dục) Đặcbiệt, dùng làm phương tiện phát triển tư duy và năng lực sáng tạo của HS Bàitập thí nghiệm là một trong những loại BTVL, nó có vai trò và chức năng quantrọng trong việc phát triển tư duy vật lí, năng lực giải quyết vấn đề, năng lựcthực nghiệm cho HS trong quá trình học tập vật lí

trong dạy học vật lí; bài tập thí nghiệm vật lí; cơ sở khoa học trong việc xâydựng hệ thống bài tập thí nghiệm

nghiệm vật lí và các bài tập thí nghiệm Thực tiễn dạy học vật lí ở trường phổthông hiện nay vẫn chưa quan tâm tới lĩnh vực thực nghiệm Các BTTN họcsinh ít được sử dụng ở lớp cũng như ở nhà trong học tập vật lí

hướng phát triển năng lực của HS thì không thể bỏ qua hoạt động thực nghiệmcủa HS trong học tập BTTN sẽ có vị trí xứng đáng của nó trong hoạt động nhậnthức vật lí của học sinh

và sử dụng hệ thống BTTN trong dạy học những nội dung kiến thức vật lí cụ thểchương “Động lực học chất điểm”, Vật lí 10 ở trường THPT

Chương 2 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BTTN DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM”

2.1 Phân tích chương trình, nội dung SGK dạy học chương “Động lực học chất điểm” [1], [19]

2.1.1 Cấu trúc chương trình Vật lí 10 hiện hành

Môn vật lí ở trung học phổ thông (trong đó có môn vật lí 10) nhằm mụctiêu:

* Về kiến thức: Đạt được một hệ thống kiến thức vật lí phổ thông cơ bản

và phù hợp với những quan điểm hiện đại, bao gồm:

- Các khái niệm về các sự vật, hiện tượng và quá trình vật lí thường gặptrong đời sống và sản xuất

- Các đại lượng, các định luật và các nguyên lí vật lí cơ bản

- Một số nội dung của thuyết vật lí quan trọng nhất

- Những ứng dụng phổ biến của vật lí trong đời sống và sản xuất

- Các phương pháp chung của nhận thức khoa học và phương pháp đặcthù của vật lí

* Về kỹ năng:

- Biết quan sát các hiện tượng và quá trình vật lí trong tự nhiên, trong đờisống hàng ngày hoặc trong các thí nghiệm, biết điều tra, sưu tầm, tra cứu tài liệu

từ các nguồn khác nhau để thu thập các thông tin cần thiết cho việc học tập

- Sử dụng được các dụng cụ đo của vật lí, có kỹ năng lắp ráp và tiến hànhcác thí nghiệm vật lí đơn giản

- Biết phân tích, tổng hợp và xử lý các thông tin thu được để rút ra kếtluận, đề ra các dự đoán đơn giản về các mối quan hệ hay bản chất của các hiệntượng hay quá trình vật lí, cũng như đề xuất các phương án thí nghiệm để kiểmtra dự đoán đã đề ra

- Vận dụng được kiến thức để mô tả và giải thích các hiện tượng và quátrình vật lí, giải các bài tập vật lí và giải quyết các vấn đề đơn giản trong đờisống và sản xuất ở mức độ phổ thông.

- Sử dụng các thuật ngữ vật lí, các biểu, bảng, đồ thị để trình bày rõ ràng,chính xác những hiểu biết, cũng như những kết quả thu được qua thu thập và xử

lý thông tin

* Về mặt thái độ:

- Có hứng thú học tập vật lí, yêu thích tìm tòi khoa học, trân trọng đối vớinhững đóng góp của vật lí học đối với sự tiến bộ của xã hội và đối với công laocủa các nhà khoa học

- Có thái độ khách quan, trung thực, có tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chínhxác và có tinh thần hợp tác trong việc học tập môn vật lí

- Có ý thức vận dụng những hiểu biết của vật lí vào đời sống nhằm cảithiện điều kiện sống, học tập cũng như để bảo vệ và giữ gìn môi trường

2.1.2 Cấu trúc chương “Động lực học chất điểm” thuộc Vật Lí 10 Ban KHTN

Chương trình có 13 bài (Từ bài 13 đến bài 25) và được phân phối trong 18 tiếthọc, trong đó:

11 tiết lý thuyết.; 4 tiết bài tập; 2 tiết thực hành; 1 tiết kiểm tra

● Chuẩn kiến thức

- Phát biểu được định nghĩa của lực và nêu được lực là đại lượng véc tơ

- Phát biểu được quy tắc tổng hợp các lực tác dụng lên một chất điểm vàphân tích một lực thành hai lực theo các phương xác định

- Nêu được khái niệm quán tính của vật và kể được một số ví dụ về quántính

- Phát biểu được định luật I Niu-tơn

- Phát biểu được định luật vạn vật hấp dẫn, viết được hệ thức của định luậtnày

- Nêu được ví dụ về lực đàn hồi và những đặc điểm của lực đàn hồi của lò

xo (điểm đặt, phương, chiều)

- Phát biểu được định luật Húc và viết hệ thức của định luật này đối với

độ biến dạng của lò xo

- Nêu được đặc điểm ma sát trượt, ma sát nghỉ và ma sát lăn Viết đượccông thức tính lực ma sát nghỉ cực đại và lực ma sát trượt

- Nêu được mối quan hệ giữa lực, khối lượng và gia tốc được thể hiệntrong định luật II Niu-tơn như thế nào và viết được hệ thức của định luật này

- Nêu được gia tốc rơi tự do là do tác dụng của trọng lực và viết được hệthức P  m g

- Nêu được khái niệm khối lượng là số đo mức quán tính của vật

- Phát biểu được định luật III Niu-tơn và viết được hệ thức của định luậtnày

- Nêu được các đặc điểm của lực tác dụng và phản lực

- Nêu được lực hướng tâm trong chuyển động tròn đều là tổng hợp các lực

● Chuẩn kĩ năng

- Vận dụng được định luật Húc để giải được bài tập về sự biến dạng của lòxo

- Vận dụng được công thức của lực hấp dẫn để giải các bài tập

- Vận dụng được công thức của lực ma sát để giải các bài tập

- Biểu diễn được các véc tơ lực và phản lực trong một số ví dụ cụ thể

- Vận dụng được các định luật I,II, III Niu-tơn để giải các bài toán đối vớimột vật, đối với hệ hai vật chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang, nằmnghiêng

- Vận dụng được mối quan hệ giữa khối lượng và mức quán tính của vật

để giải thích một số hiện tượng thường gặp trong đời sống và kỹ thuật

- Vận dụng quy tắc tổng hợp lực và phân tích lực để giải bài tập đối vớivật chịu tác dụng của ba lực đồng quy

- Giải được bài toán về chuyển động của vật ném ngang, ném xiên

- Giải được bài tập về sự tăng, giảm và mất trọng lượng của vật

- Xác định được lực hướng tâm và giải được bài toán về chuyển động trònđều khi vật chịu tác dụng của một hoặc hai lực

- Giải thích được các hiện tượng liên quan đến lực quán tính li tâm

- Xác định được hệ số ma sát trượt bằng thí nghiệm

● Những vấn đề mới và khó của chương:

- Hệ quy chiếu có gia tốc, lực quán tính

- Biết cách biểu diễn các lực cơ học tác dụng vào một vật bất kì

Sơ đồ lôgic chương Động lực học:

Sơ đồ 2.1 2.2 Xây dựng hệ thống BTTN chương Động lực học chất điểm Vật lí 10 Bài tập 1 Xác định hệ số ma sát giữa đồng xu và bìa sách giáo khoa Vật Lí 10.

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

1.Hãy cho biết những phương pháp xác định ma sát trượt giữa hai vật mà

em đã biết?

2 Em lựa chọn phương pháp đo với thiết bị em luôn có: thước dài, có độchia cm và máy tính cầm tay?

Bài tập 2 Dùng sợi dây kéo một quyển sách trong 2 trường hợp:

- Kéo sách trượt trên bàn

- Kéo sách đặt trên 2 bút chì

Làm TN và giải thích hiện tượng xảy ra?

+ Câu hỏi định hướng tuy duy:

1 Những lực ma sát nào tác dụng lên quyển sách trong hai trường hợp?

2 Làm thí nghiệm cho biết kéo quyển sách trong trường hợp nào nhẹ hơn?

3 So sách phản lực tác dụng lên quyển sách trong hai trường hợp?

4 Giải thích hiện tượng?

Lực ma sát Lực đàn

hồi Lực hấp dẫn Các lực cơ học

Quán tính Kn KL

Hệ quy chiếu

qt

Hệ quy chiếu không qt

Đặc điểm của lực cơ học

Chuyển động của vật

Trọng lượn g

Bài tập 3: Hãy nêu phương án thí nghiệm xác định hệ số ma sát trượt giữa

hộp phấn và mặt bàn nếu trong tay em chỉ có 1 lực kế?

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Một vật chuyển động thẳng đều khi nào?

2 Kéo một vật trên mặt phẳng ngang thì có những lực nào đang đồng thờitác dụng lên vật?

3 Trọng lực và phản lực là hai lực như thế nào?

4 Khi vật chuyển động thẳng đều, so sánh chỉ số của lực kế và lực ma sáttrượt?

5 Viết công thức tính lực ma sát trượt?

6 Ta cần làm thí nghiệm để đo đại lượng nào?

Bài tập 4 Xác định độ cứng của lò xo? Cho dụng cụ: lò xo, một thước

thẳng và quả cân đã biết trọng lượng

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Viết công thức tính lực đàn hồi?

2 Số chỉ của lực kế có bằng lực đàn hồi của lò xo làm lực kế không?

3 Vậy giả sử độ cứng của lò xo chưa biết, thì ta có xác định được không?

 



Bài tập 5 Treo 2 lực kế nối tiếp nhau đầu dưới treo một quả cân Làm thí

nghiệm đọc số chỉ của mỗi lực kế, khi nào số chỉ của hai lực kế là như nhau?giải thích?

+Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Số chỉ của lực kế trên cân bằng với lực nào?

2 Số chỉ của lực kế dưới cân bằng với lực nào?

3 Nguyên nhân tại sao số chỉ hai lực kế không bằng nhau?

Bài tập 6 Lực ma sát có như nhau không khi di chuyển khối gỗ trên mặt

phẳng theo mặt rộng và theo mặt hẹp của nó? Hãy kiểm nghiệm lại câu trả lờibằng thí nghiệm

+Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Lực ma sát trượt phụ thuộc vào những yếu tố nào?

2 Ta dùng dụng cụ gì để kéo khối gỗ và kéo như thế nào để xác định dễdàng lực ma sát?

3 Đọc số chỉ của lực kế trong hai trường hợp?

Bài tập 7 Một quả cân có trọng lượng mg được treo vào một lực kế Em

hãy nêu phương án thí nghiệm để sao cho số chỉ của lực kế lớn hơn, nhỏ hơntrọng lượng treo vào nó

+ Câu hỏi định hướng tư duy

1 Khi nào lực kế chỉ số chỉ đúng bằng trọng lượng của vật?

2 Khi nào lực kế chỉ số chỉ lớn hơn, nhỏ trong lượng của vật?

3 Tiến hành thí nghiệm như thế nào?

- Khi cho lực kế chuyển động xuống dưới với gia tốc a thì phương trìnhchuyển động của quả cân là: mg – F = ma => F= m( g - a) < mg nên số chỉ củalực kế nhỏ hơn mg

Bài tập 8 Cho một tấm ván dài và một miếng gỗ, em hãy tìm các cách

xác định hệ số ma sát trượt giữa tấm ván và miếng gỗ Bố trí thí nghiệm trongtừng trường hợp, tiến hành thí nghiệm và các tính toán kết quả?

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Khi nào thì xuất hiện lực ma sát trượt giữa miếng gỗ và tấm ván?

2 Độ lớn lực ma sát trượt phụ thuộc vào các đại lượng nào?

3 Muốn xác định được hệ số ma sát trượt ta phải xác định đại lượng trunggian nào? Nêu các phương án để xác định hệ số ma sát trượt giữa miếng gỗ vàtấm ván? Cần dụng cụ gì để đo?

4 Hãy viết công thức xác định lực ma sát trượt và nêu các đại lượng trongcông thức?

5 Có những cách nào để đo hệ số ma sát trượt trong trường hợp trên?

+ Hướng dẫn giải:

Cách 1: Đặt tấm ván nằm ngang và kéo vật chuyển động trên ván

- Cách tiến hành đo: Đặt ván nằm ngang trên sàn, dùng lực kế kéo cho vậtchuyển động thẳng đều trên tấm ván ta đo được lực ma sát giữa vật và sàn:

Fms = mN = mmg

- Dùng lực kế treo vật thẳng đứng, ta đo được trọng lực của vật P = mg.Suy ra, hệ số ma sát trượt giữa vật và ván:m = Fms/P

Cách 2: Cho vật trượt trên tấm ván nằm nghiêng

+ Vật chuyển động thẳng đều xuống trên mặt tấm ván

+ Vật chuyển động nhanh dần đều xuống trên mặt tấm ván

- Vật chuyển động thẳng đều xuống mặt tấm ván

Vật chuyển động thẳng đều độ lớn của lực ma sát trượt bằng thành phầnkéo xuống dọc theo mặt tấm ván của trọng lực Fms = Psina (1)

Độ lớn của thành phần áp lực giữa vật và mặt tấm ván?

Áp lực giữa vật và tấm ván N = Pcosa

Từ đó, suy ra hệ số ma sát giữa vật và tấm ván: m = tga

- Trường hợp vật trượt xuống mặt phẳng nghiêng có gia tốc

Dùng thước thẳng hoặc thước dây chia đến đơn vị mm để đo chiều dài củatấm ván dùng đồng hồ bấm giây (hoặc dùng cổng quang) để xác định thời gianvật chuyển động trên tấm ván.

Có ba lực: Lực ma sát, trọng lực và phản lực của tấm ván lên vật

Áp dụng định luật 2 Niu tơn cho vật chuyển động trên mặt phẳng nghiênggóc a kết hợp với phương pháp phân tích lực ta xác định được gia tốc của vậttrên mặt phẳng nghiêng theo công thức: a = g(sina - mcosa)

Bài tập 9 Một khẩu súng đồ chơi trẻ con thường dùng để bắn viên đạn

bằng nhựa Em hãy thiết kế phương án để đo vận tốc viên đạn khi vừa rời khỏinòng súng, nêu các phương án thực hiện và cách xác định kết quả

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Chuyển động của viên đạn khi rời khỏi nòng súng là chuyển động gì?

2 Nêu các bài tập chuyển động của vật bị ném?

3 Khi viên đạn được bắn ra thì vận tốc viên đạn có liên hệ với các đạilượng nào?

4 Viết các công thức liên hệ giữa vận tốc viên đạn với các đại lượng đó?

5 Để đo vận tốc viên đạn ta cần đo các đại lượng nào? Dụng cụ đo là gì?+ Hướng dẫn giải:

- Trường hợp viên đạn được bắn ngang.

Các công thức liên quan:

t = 2h g ; S = v0t = v0 g

2h

(1)

Đo độ cao bắn viên đạn h, đo tầm xa của viên đạn đạt được S

Khi đo được các đại lượng này thì có thể vận dụng công thức để xác địnhvận tốc ban đầu của viên đạn với dụng cụ là thước:

S = v0t; t = 2h g Þ v0 = S

2h g

(có thể không dùng phương pháp đo độ cao mà đo thời gian chuyển động củaviên đạn bằng đồng hồ thì cũng đo được vận tốc viên đạn)

- Trường hợp viên đạn được bắn thẳng đứng.

Công thức xác định độ cao và thời gian chuyển động của viên đạn:

- Trường hợp viên đạn được bắn xiên góc

Công thức độ cao cực đại, thời gian chuyển động và tầm xa của vật ném xiên:

hmax = v 2 0 sin 2g 2 α ; t = 2v 0 g sinα ; S = v 2 0 sin2α g

Cách đo 1: Đo độ cao cực đại, đo góc a

Cách đo 2: Đo thời gian rơi, đo góc a

Cách đo 3: Đo góc a (dụng cụ là thước đo góc)

Đo tầm xa (dụng cụ là thước thẳng hoặc thước dây)

Bài tập 10 Có một bàn quay và một miếng gỗ Em hãy tìm cách xác định

hệ số ma sát giữa miếng gỗ và bàn?

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Xác định các lực tác dụng lên miếng gỗ?

2 Lực nào là lực hướng tâm giúp miếng gỗ chuyển động tròn?

3 Em hãy giải thích hiện tượng vật trượt ra khỏi bàn và đề xuất phương án

đo hệ số ma sát nghỉ trong trường hợp này?

Chiều hướng vào tâm quỹ đạo.

Độ lớn của lực hướng tâm F =

R

mv 2

Độ lớn của lực ma sát nghỉ có giá trị từ 0 đến giá trị của lực ma sát nghỉcực đại: 0< Fmsn £ mnN

Hiện tượng vật trượt ra khỏi bàn là do lúc tăng vận tốc của bàn làm lực

ma sát nghỉ tăng, đến khi lực ma sát nghỉ đạt giá trị cực đại thì vật bắt đầu trượttrên bàn

Độ lớn lực ma sát nghỉ cực đại bằng lực hướng tâm khi vật bắt đầu trượt,

muốn đo lực ma sát nghỉ cực đại ta đo lực hướng tâm khi vật bắt đầu trượt F =

a Tại sao có thể dùng lực kế để đo khối lượng của vật?

b Khi cân khối lượng của một vật người ta thấy kim

lực kế vượt ra ngoài bảng chia độ Vì vậy, người ta

phải dùng hai lực kế, có thể mắc chúng theo hai cách

(như hình vẽ 1, 2) không? Hỏi cách mắc nào đúng và

số chỉ của mỗi lực kế là bao nhiêu?

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Xác định các lực tác dụng lên vật trong mỗi trường hợp?

2 So sánh lực căng của dây treo vật và lực căng của mỗi lò xo?

3 Có thể dùng lực kế để đo khối lượng của vật không? Vì sao?

+ Hướng dẫn giải:

Khi đo được trọng lượng, ta suy ra được khối lượng của vật

- Trong hình 1, lực kế cho ta biết một phần trọng lượng của vật (tổng số chỉcủa hai lực kế là trọng lượng của vật) Vì vậy, trong cách mắc ở hình 1 ta có thể

đo được trọng lượng của vật bằng cách cộng số chỉ của hai lực kế từ đó suy rakhối lượng của vật.

- Trong hình 2, số chỉ mỗi lực kế cho ta trọng lượng của vật (chỉ lực căngdây treo) nhưng trọng lượng của vật vượt quá giới hạn đo nên không đo được

Bài tập 12 Một vật có chiều cao lớn hơn nhiều so với

chiều rộng của đáy, tác dụng lên vật một lực F theo phương

nằm ngang ở độ cao h so với mặt sàn (hình vẽ) Hãy tìm

+ Hướng dẫn giải:

Cách 1: Ta có thể đo hệ số ma sát giữa vật và sàn theo cách giống như bài

1 bằng cách kéo cho vật chuyển động thẳng đều trên sàn Đo giá trị của trọnglực và độ lớn của lực kéo F để xác định được hệ số ma sát

Cách 2: Khi tác dụng lên vật một lực Fở độ cao h thì có mấy trường hợpxảy ra đối với vật?

Vật đứng yên; Vật chuyển động; Vật bị đổ

Nếu xét như thế thì bài tập vẫn phức tạp, để đơn giản hoá bài tập ta có thể xéttrường hợp vật chuyển động thẳng đều (lực tác dụng có độ lớn bằng lực ma sát) Khi tác dụng lực cho vật chuyển động đều nếu thay đổi độ cao h thì cónhững trường hợp xảy ra:

Vật chuyển động thẳng đều

Vật bị đổ

nếu mô men của lực F lớn hơn mô men của trọng lưc P khi đó ta có:

F 

hd

Fh>Pd 2 mà lực Fđược giả thiết trong trường hợp vật chuyển động đều nên tacó:

F = Fms = mPÞmPh>Pd 2 Þm>2h d

- Độ tác dụng lực Fcao ứng với trường hợp vật bắt đầu bị đổ là h0 ta có

thể suy ra cách xác định hệ số ma sát trượt trong trường hợp này có m =

0 2h d

phương ngang

chuyển từ trạng thái chuyển động thẳng đều sang trường hợp vật bị đổ

sát giữa vật và sàn

Bài tập 13 Đo hệ số ma sát trượt giữa một nam châm và một tấm sắt

phẳng, có thể chọn thêm dụng cụ tuỳ ý? Nêu phương pháp tiến hành đo hệ số

ma sát trong trường hợp nói trên?

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Khi nào xuất hiện lực ma sát trượt giữa nam châm và miếng sắt?

2 Viết công thức độ lớn lực ma sát trượt trong các trường hợp đó?

3 Chọn phương án đo hệ số ma sát trượt?

Trọng lực của nam châm

Lực hút của tấm sắt lên nam châm

Phản lực của tấm sắt lên nam châm

Trường hợp này khác với trường hợp kéo vật chuyển động trên sàn ở chỗ,khi kéo tấm sắt chuyển động trên nam châm thì còn có thêm lực hút của namchâm đối với tấm sắt.

Khi kéo nam châm trên bề mặt tấm sắt ta có thể đặt tấm sắt nằm ngangnam châm ở phía trên tấm sắt, hoặc nam châm đặt phía dưới tấm sắt, hoặc đặttấm sắt thẳng đứng, ta có thể đặt tấm sắt nằm nghiêng

Ta đã biết, lực ma sát tỉ lệ với áp lực lên bề mặt tiếp xúc, trong trường hợpnày gặp một điều khó khăn trong việc xác định lực hút giữa tấm sắt và namchâm, cần phải tìm một phương án để có thể xác định lực hút giữa tấm sắt vànam châm, qua các bước phân tích ta có thể đưa ra phương án như sau:

Đặt tấm sắt nằm ngang, kéo nam châm chuyển động thẳng đều trên tấm sắt

ta xác định được lực ma sát trong trường hợp này Fms = m(P+F) (1)

(trong đó F là lực hút giữa nam châm và miếng sắt)

Đặt tấm sắt thẳng đứng, cho nam châm tiếp xúc với tấm sắt và chuyển độngtheo phương thẳng đứng từ dưới lên, lúc này số chỉ lực kế là tổng của trọng lực

và lực ma sát Flk = mF+P Þ Fms2 = Flk - P = mF (2)

Ta xác định được lực ma sát trong 2 trường hợp theo biểu thức (1) và (2)

ms2

F F

Bài tập 14 Một con ngựa kéo một chiếc xe, theo định luật 3 Niu tơn thì lực

do ngựa tác dụng vào xe cũng bằng lực do xe tác dụng vào ngựa Em hãy giảithích tại sao ngựa lại có thể kéo được xe chuyển động

+Câu hỏi định hướng tư duy::

Để xe và ngựa chuyển động thì Ngựa phải làm như thế nào (chú ý hiệntượng chân Ngựa đạp xuống đất)?

+ Hướng dẫn giải:

Lực do ngựa tác dụng vào xe và lực do xe tác dụng lên ngựa là hai lựctương tác theo định luật 3 Niu tơn nên có độ lớn bằng nhau.

Lực ma sát nghỉ đóng vai trò là lực phát động trong chuyển động

Bài tập 15 Lấy một chiếc thước gạt một hòn sỏi ra khỏi một mặt bàn nằm

ngang Xác định vận tốc của hòn sỏi khi rời khỏi mặt bàn?

Thiết bị: thước, hòn sỏi, mặt bàn

+ Câu hỏi định hướng tư duy

1 Quỹ đạo chuyển động của hòn sỏi giống quỹ đạo chuyển động của vật

bị ném theo phương nào?

2 Viết công thức tính thời gian rơi của vật và công thức tính tầm xa?

3 Làm thí nghiệm, ta cần đo những đại lượng nào?

Bài tập 16 Hãy chế tạo một lực kế với những dụng cụ mà em có? Mang

sản phẩm đến lớp kèm theo bản thuyết minh

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

+ Các vật mẫu phải có đặc điểm gì?

+ Chia thang đo của lực kế bằng cách nào?

+ Làm thế nào để trực quan hoá kim chỉ và thang đo của lực kế?

+ Đánh giá sai số của dụng cụ bằng cách nào?

+ Cần trình bày những gì trong phần báo cáo kết quả của nhóm?

- Cơ sở lí thuyết của việc chế tạo lực kế: Định luật Huc

+ Hướng dẫn giải:

- Giải bài tập bằng cách (Dựa vào độ giãn của lò xo để xác định lực, dựavào độ giãn của lò xo và trọng lượng của vật mẫu treo để chia thang đo cho lựckế; Nghiên cứu lực kế mẫu để tìm ra phương pháp chế tạo lực kế).

Bài tập 17 Em hãy đề xuất phương pháp để có thể đo hệ số ma sát trượt,

ma sát nghỉ và ma sát lăn giữa bánh xe ô tô và mặt đường?

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

- Khi nào thì xuất hiện lực ma sát nghỉ, trượt, lăn giữa ô tô và mặt đường?Viết biểu có liên quan đến hệ số ma sát nghỉ, trượt, lăn của ô tô?

- Thiết lập phương án đo hệ số ma sát từng trường hợp?

Hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường: ml = - g a

Trường hợp 2:

Đo hệ số ma sát trượt giữa ô tô và mặt đường

Thực hiện tương tự như trường hợp đo hệ số ma sát lăn, ta cần tiến hànhđo:

Đo quãng đường ô tô từ khi hãm phanh (chỉ trượt không lăn) cho đến khidừng lại

Suy ra gia tốc của ô tô: a =

Đo hệ số ma sát nghỉ giữa bánh xe và mặt đường

Luôn cân bằng với ngoại lực, có độ lớn phụ thuộc vào độ lớn của ngoại lực,khi ngoai lực tăng dần thì lực ma sát nghỉ cũng tăng theo Đến khi vật bắt đầutrượt thì lực ma sát nghỉ cực đại 0 <Fmsn <mnN (3)

Độ lớn lực ma sát nghỉ cực đại Fmsnmax = mnN (4)

Theo các công thức (3) và (4), để đo hệ số ma sát nghỉ ta phải khảo sát thínghiệm trong trường hợp lực ma sát nghỉ cực đại (trường hợp này trong biểuthức lực ma sát nghỉ mới xuất hiện hệ số ma sát nghỉ)

Cách 1: Trường hợp ô tô tăng tốc lực ma sát nghỉ được xác định bởi công

thức: Fmsn = ma hoặc Fmsn - Fmsl = ma (tuỳ vào ta có thể bỏ qua lực ma sát lăn haykhông)

- Để đo hệ số ma sát nghỉ thì phải làm thí nghiệm khi có lực ma sát nghỉcực đại Nghĩa là chúng ta phải tăng ga để ô tô bắt đầu trượt trên mặt đường(trường hợp này rất khó thực hiện và khó chính xác)

Cách 2: Ô tô chuyển động tròn đều.

Cho ô tô chuyển động tròn đều trên đoạn đường nằm ngang đến khi ô tôbắt đầu trượt:

Cho ô tô chạy trên vòng tròn cố định và tăng chậm tốc độ của ô tô đến khi

ô tô bắt đầu trượt

Cho ô tô chạy với tốc độ không đổi và giảm dần bán kính quỹ đạo chuyểnđộng cho đến khi ô tô bắt đầu trượt

Trường hợp thứ nhất chúng ta có thể tiến hành thí nghiệm thuận lợi hơn.Biểu thức về độ lớn của lực ma sát nghỉ:

Đo bán kính cung tròn mà ô tô chuyển động

Đo vận tốc ô tô chuyển động trên cung tròn để ô tô bắt đầu trượt

Bài tập 18 Hãy tìm phương án và làm thí nghiệm để thiết lập sự phụ

thuộc của lực ma sát vào trọng lượng của vật?

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Lực ma sát phụ thuộc vào những yếu tố nào?

2 Một vật chuyển động trên mặt bàn nằm ngang thì độ lớn của trọng lực

và áp lực của vật có bằng nhau không?

3 Làm thế nào để thay đổi trọng lượng của vật?

Bài tập 19 Hãy làm thí nghiệm để chứng minh rằng: Gia tốc của một vật

tỷ lệ thuận với lực tác dụng và tỷ lệ nghịch với khối lượng của vật

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Biểu thức nào nói lên mối quan hệ giữa gia tốc, lực tác dụng và khốilượng?

2 Làm cách nào để xác định được gia tốc tỷ lệ với lực tác dụng? Gia tốc

tỷ lệ nghịch với khối lượng?

3 Hãy trình bày phương án làm thí nghiệm?

Bài tập 20 Đặt một hộp phấn lên giữa một tờ giấy đặt trên mặt bàn nằm

ngang, kéo tờ giấy theo phương ngang với lực nhỏ và lực lớn Làm thínghiệm và giải thích hiện tượng?

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Lực nào giữ cho hộp phấn chuyển động có gia tốc cùng với tờ giấy?

2 Nếu lực tác dụng lớn thì lực tác dụng vào hộp phấn có thể giữ cho nóchuyển động cùng gia tốc với tờ giấy được không?

Bài tập 21 Đặt một chiếc thước nằm ngang trên 2 ngón tay trỏ, sau đó

dịch ngón tay bên phải tiến dần về phía trái Làm thí nghiệm, nêu hiện tượngxảy ra và giải thích?

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Thước sẽ dịch chuyển trên ngón tay nào trước? Tại sao?

2 So sánh lực ma sát giữa hai ngón tay và thước?

3 Khi hai ngón tay chạm nhau sẽ nằm ở vị trí nào trên thước?

Bài tập 22 Xác định vận tốc cực đại mà một cái “bật” lò xo truyền cho một

thỏi gỗ?

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Khi phóng thỏi gỗ chuyển động trên một mặt phẳng nằm ngang cónhững lực nào tác dụng lên vật?

2 Viết phương trình định luật II Niutơn cho vật?

3 Vật tốc của vật ở thời điểm nào là lớn nhất ? Viết biểu thức tính quảngđường vật đi được?

4 Ta có thể xác định hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng nằm ngang nhưthế nào?

Bài tập 23 Hãy tìm độ lớn của lực hướng tâm bắt quả cân có khối lượng

100g được treo vào một sợi dây dài l = 60cm quay trên một mặt phẳng nằmngang theo một đường tròn có bán kính R = 20cm Kiểm tra việc tính toán bằngthí nghiệm

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

1 Khi quả cân chuyển động tròn lực nào đóng vai trò là lực hướng tâm?

Làm thí nghiệm đo đại lượng nào?

Bài tập 24. Tiến hành thí nghiệm chứng tỏ bất cứ vật nào cũng có quántính: Vật đứng yên - Vật chuyển động thẳng - Vật chuyển động cong Trình bàycách làm và giải thích?

+ Câu hỏi định hướng tư duy:

Bài tập 25 Xác định hệ số ma sát giữa lốp xe và mặt đường (thực hiện

trên đường không có người và xe cộ đi lại)

+ Câu hỏi định hướng tư duy

1 Khi xe chuyển động, lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường có liênquan tới gia tốc của xe không?

2 Viết biểu thức mối liên hệ đó?

3 Trong biểu thức những đại lượng nào, ta có thể xác định được?

4 Nếu xét trường hợp: Chúng ta tắt máy và nhả côn thì sao?

+ Hướng dẫn giải:

nhả côn (V0 xác định được trên công tơ mét)

- Đo quãng đường(S) xe còn chuyển động được đến khi dừng

- Chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe

2

V a S

F

2 2

.

2 0

Bài tập 26 Làm thế nào để có thể kiểm tra xem chiếc cân đồng hồ của

người bán hàng ngoài chợ có chính xác không, khi trong tay em chỉ có một chainước khoáng 0,5 lít (bằng nhựa)? Em phải làm thế nào để xác định khối lượngđúng của thực phẩm để người bán hàng không thể bán sai cho em với chiếc cânđó?

+ Định hướng tư duy học sinh:

1 Nguyên tắc hoạt động của cân đồng hồ?

2 Làm thế nào để xác định độ cứng của lò xo?