Dạy học bài tập vật lý phần “cơ học chất lưu” chương trình vật lý THPT

Trong quá trình tham khảo kinh nghiệm giảng dạy của giáo viên phổ thông và quá trình học của học sinh, tôi thấy khi giải bài tập phần “Cơ học chất lưu” của chương trình Vật lý 10 các em

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC

TỐNG THỊ YẾN

DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “CƠ HỌC CHẤT LỎNG”

CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ THPT

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Sơn La, năm 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC

TỐNG THỊ YẾN

DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “CƠ HỌC CHẤT LỎNG”

CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ THPT

Chuyên ngành: Phương pháp dạy học Vật lý

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn: ThS Lê Ngọc Diệp

Sơn La, năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Th.s Lê Ngọc Diệp giảng viên tổ Vật lý đại cương và phương pháp dạy học trường đại học Tây Bắc đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu

và hoàn thành khóa luận

Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Ban chủ nhiệm khoa Toán - Lý - Tin Các thầy cô giáo trong khoa Toán - Lý - Tin, phòng Quản lí khoa học và quan

hệ quốc tế, phòng Đào tạo, trung tâm thông tin thư viện, cô giáo Trần Thị Thủy giáo viên Vật lý trường THPT Mường Bi - tỉnh Hòa Bình đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện khóa luận

Đồng thời tôi xin cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè Các bạn sinh viên lớp K52 ĐHSP Vật lý đã động viên, khích lệ, đóng góp ý kiến và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm khóa luận này

Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô giáo và các bạn để khóa luận được hoàn thiện

Sơn La, tháng 5 năm 2015

Người thực hiện

Tống Thị Yến

MỤC LỤC

PHẦN I MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 2

3 Mục đích nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

5 Giả thuyết khoa học 3

6 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

7 Phương pháp nghiên cứu 3

8 Đóng góp của đề tài 3

9 Cấu trúc của đề tài 3

PHẦN II NỘI DUNG 4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 4

1.1 Khái niệm bài tập vật lý [7] 4

1.2 Mục đích sử dụng bài tập vật lý trong dạy học [7] 4

1.3 Phân loại bài tập vật lý trong dạy học 5

1.4 Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lý [7] 5

1.4.1.Tiêu chuẩn lựa chọn hệ thống bài tập 5

1.4.2 Các yêu cầu khi dạy học bài tập vật lý 6

1.5 Các bước chung của việc giải bài tập vật lý [7] 7

1.6 Hướng dẫn học sinh giải bài toán vật lý 8

1.6.1 Định hướng hành động giải bài tập vật lý 8

1.6.1.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angôrit) 8

1.6.1.2 Hướng dẫn tìm tòi 9

1.6.1.3 Định hướng khái quát hóa chương trình 9

1.6.2 Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý 9

1.7 Thực trạng giảng dạy bài tập phần “Cơ học chất lưu” ở một số trường THPT hiện nay 10

1.7.1 Mục đích điều tra 10

1.7.2 Đối tượng điều tra 11

1.7.3 Phương pháp điều tra 11

1.7.4 Các khó khăn sai lầm mà học sinh thường gặp khi học phần “Cơ học chất lưu” 11

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 12

CHƯƠNG 2 DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “CƠ HỌC CHẤT LƯU” CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ THPT 13

2.1 Đặc điểm cấu trúc nội dung phần “Cơ học chất lưu” 13

2.1.1 Đặc điểm nội dung của phần “Cơ học chất lưu” 13

2.1.2 Sơ đồ cấu trúc nội dung phần “Cơ học chất lưu” 14

2.2 Nội dung kiến thức, kỹ năng học sinh cần có sau khi học 15

2.2.1 Nội dung kiến thức 15

2.2.1.1 Khối lượng riêng 15

2.2.1.2 Áp suất chất lỏng 15

2.2.1.3 Định luật Pa-xcan 15

2.2.1.4 Máy nén thủy lực 16

2.2.1.5 Khái niệm chất lưu 16

2.2.1.6 Đường dòng và ống dòng 17

2.2.1.7 Sự chảy ổn định và không ổn định 18

2.2.1.8 Hệ thức giữa tốc độ và tiết diện trong một ống dòng Lưu lượng chất lỏng (Định luật bảo toàn dòng) 18

2.2.1.9 Định luật Béc-nu-li 18

2.2.1.10 Ứng dụng định luật Béc-nu-li 19

2.2.2 Các kỹ năng cơ bản học sinh cần rèn luyện 22

2.3 Phân loại và soạn thảo hệ thống bài tập phần “Cơ học chất lưu” 22

2.3.1 Dạng 1: Áp suất thủy tĩnh 22

2.3.2 Dạng 2: Áp dụng nguyên lí Pa-xcan 27

2.3.3 Dạng 3: Bài tập giải thích, dự đoán các hiện tượng vật lý dựa trên kiến thức về định luật bảo toàn dòng 32

2.3.4 Dạng 4: Bài tập giải thích, dự đoán các hiện tượng vật lý dựa trên kiến thức về định luật Béc-nu-li. 38

2.4 Một số phương án giảng dạy bài tập phần “Cơ học chất lưu” 45

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 48

CHƯƠNG 3 CĂN CỨ ĐÁNH GIÁ MỤC TIÊU 49

3.1 Mục đích 49

3.2 Đối tượng 49

3.3 Phương pháp 49

3.4 Kết luận 51

PHẦN III KẾT LUẬN 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

Để đào tạo thế hệ trẻ đáp ứng yêu cầu của sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa, đòi hỏi ngành giáo dục phải đổi mới toàn bộ cả mục đích, nội dung, phương pháp và phương tiện dạy học Chương trình mới có những đổi mới cơ bản, sâu sắc nhất là phương pháp dạy học, sự đổi mới phương pháp dạy học được thể hiện trong tất cả các môn học trong đó có môn Vật lý

Vật lý là môn khoa học thực nghiệm có vai trò quan trọng giúp con người ngày càng hoàn thiện khả năng hiểu biết về tự nhiên - xã hội Trong chương trình phổ thông vật lý có vai trò quan trọng cung cấp cho học sinh những kiến thức ban đầu cơ bản về thế giới tự nhiên đồng thời giúp học sinh hình thành thói quen làm việc một cách khoa học Cũng như phần lớn môn học khác, vật lý cũng

có yêu cầu riêng ngoài việc nắm vững lí thuyết thì việc vận dụng vào việc giải bài tập một cách khoa học luôn được quan tâm

Việc dạy học bài tập vật lý giúp các em ôn tập củng cố, đào sâu, mở rộng kiến thức lí thuyết để ứng dụng vào giải bài tập và hiểu rõ thêm ý nghĩa vật lý của nó Ngoài ra nó còn là tài liệu tham khảo cho giáo viên THPT, sinh viên sư phạm Vật lý, học sinh THPT cũng như giúp các em tự kiểm tra mức độ nắm kiến thức của bản thân

Trong quá trình tham khảo kinh nghiệm giảng dạy của giáo viên phổ thông và quá trình học của học sinh, tôi thấy khi giải bài tập phần “Cơ học chất lưu” của chương trình Vật lý 10 các em còn gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập vật lý như: phần này thuộc cuối chương trình học kì I lớp 10 học sinh

2

thường không chú tâm đến kiến thức của chương nên không giải được các bài tập thuộc phần định luật bảo toàn dòng và định luật Béc-nu-li, không biết giải thích các hiện tượng vật lý liên quan đến nội dung phần “Cơ học chất lưu” Mặt khác trong phân phối chương trình vật lý 10, mà chỉ có vật lý 10 NC mới có phần “Cơ học chất lưu” lại chỉ có 3 tiết lí thuyết mà không có tiết bài tập để củng cố phần kiến thức của chương này

Xuất phát từ thực tế trên và tham khảo một số tài liệu, với mong muốn góp phần nhỏ bé của mình trong việc nâng cao chất lượng dạy và học môn Vật

lý ở trường phổ thông, tôi chọn đề tài: Dạy học bài tập Vật lý phần “Cơ học chất lưu” chương trình vật lý THPT nhằm củng cố thêm kiến thức lí thuyết và

phương pháp giải bài tập cho bản thân trong quá trình học chương này, làm tài liệu tham khảo cho giáo viên THPT trong quá trình giảng dạy, sinh viên sư phạm Vật lý và học sinh THPT làm tài liệu tham khảo lí thuyết và giải một số bài tập của phần “Cơ học chất lưu”

2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

- Các nội dung kiến thức thuộc phần “Cơ học chất lưu”, sách giáo khoa Vật lý 10 THPT

- Hoạt động của giáo viên và học sinh trong dạy và học phần “Cơ học chất lưu”, sách giáo khoa Vật lý 10 THPT, đặc biệt việc vận dụng lí thuyết vào giải bài tập trong chương

3 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng cơ sở lí luận về dạy học bài tập vật lý để hệ thống lí thuyết, phân loại và hướng dẫn giải các bài tập phần “Cơ học chất lưu”, sách giáo khoa Vật lý 10 THPT có định hướng tư duy cho học sinh nhằm bám sát mục tiêu dạy học và chuẩn kiến thức kĩ năng học sinh cần đạt được trong chương trình

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đề tài nghiên cứu nội dung kiến thức phần “Cơ học chất lưu”, sách giáo khoa Vật lý 10 THPT, phân loại bài tập và hướng dẫn giải có hướng định hướng

tư duy cho học sinh

3

5 Giả thuyết khoa học

Nếu hướng dẫn giải bài tập vật lý theo cơ sở lí luận, có định hướng tư duy thì có tác dụng rèn luyện kiến thức và kĩ năng cho người học hiệu quả hơn, đáp ứng được mục tiêu dạy học và chuẩn kiến thức kĩ năng người học cần đạt được

trong chương trình

6 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục đích đề ra, đề tài cần thực hiện những nhiệm vụ sau:

- Điều tra tình hình thực tế dạy và học bài tập phần “Cơ học chất lưu”, SGK Vật lý 10 ở trường phổ thông

- Hệ thống hóa nội dung lí thuyết phần “Cơ học chất lưu”, SGK Vật lý 10

- Sưu tầm, phân loại, lưu ý phương pháp giải và giải bài tập phần: “Cơ học chất lưu” SGK Vật lý 10 ở trường THPT

7 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện được các nhiệm vụ chúng tôi phối hợp sử dụng các phương pháp sau: Phương pháp nghiên cứu lí luận; Phương pháp điều tra thăm dò

Phần II Nội dung gồm:

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn

Chương 2: Dạy học bài tập vật lý phần: “Cơ học chất lưu” chương trình vật lý THPT

Chương 3: Căn cứ đánh giá mục tiêu

Phần III Kết luận

4

PHẦN II NỘI DUNG CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

1.1 Khái niệm bài tập vật lý [7]

Trong thực tế dạy học, “bài tập vật lý được hiểu là một vấn đề được đặt ra

mà trong trường hợp tổng quát đòi hỏi những suy luận lôgic, những phép toán

và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lý”…

Hay trong các tài liệu về phương pháp dạy học bộ môn người ta hiểu “bài tập vật lý là những bài tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lý, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy vật lý của học sinh và rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn”

Do đó, bài tập vật lý với tư cách là một phương pháp dạy học giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học vật lý trong nhà trường phổ thông

1.2 Mục đích sử dụng bài tập vật lý trong dạy học [7]

Thông qua dạy học về bài tập vật lý, người học có thể nắm vững một cách chính xác, sâu sắc và toàn diện hơn những quy luật vật lý, những hiện tượng vật

lý, biết cách phân tích chúng và ứng dụng chúng vào các vấn đề thực tiễn, làm cho kiến thức trở thành vốn riêng của người học

Bài tập vật lý có thể sử dụng như một phương tiện độc đáo để nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do bài tập đề ra, học sinh có nhu cầu tìm kiếm kiến thức mới, đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc

Bài tập vật lý sẽ là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, bồi dưỡng hứng thú học tập và phương pháp nghiên cứu khoa học cho người học, đặc biệt là khi phải khám phá ra bản chất của các hiện tượng vật lý được trình bày dưới dạng các tình huống có vấn đề

Bài tập vật lý còn là hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và là phương tiện để kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh

5

Ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp, là phương tiện thuận lợi để học sinh liên hệ lí thuyết với thực hành, học tập với đời sống, vận dụng kiến thức đã học vào thực tế sản xuất và cuộc sống

1.3 Phân loại bài tập vật lý trong dạy học

Thông thường có 3 hình thức phân loại bài tập vật lý được coi là cơ bản nhất

- Phân loại theo yêu cầu phát triển tư duy của học sinh:

+ Bài tập nhận biết, tái hiện, tái tạo

+ Bài tập hiểu, áp dụng trực tiếp

+ Bài tập vận dụng linh hoạt

+ Bài tập vận dụng sáng tạo

- Phân loại theo nội dung bài tập:

+ Bài tập có nội dung cụ thể

+ Bài tập có nội dung lịch sử

+ Bài tập có nội dung cụ trừu tượng

+ Bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp

1.4 Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lý [7]

1.4.1.Tiêu chuẩn lựa chọn hệ thống bài tập

- Khi lựa chọn hệ thống bài tập cần đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Thông qua việc giải hệ thống bài tập, những kiến thức cơ bản, đã được xác định của đề tài phải được củng cố, ôn tập, hệ thống hóa và khắc sâu thêm + Tính tuần tự tiến lên từ đơn giản đến phức tạp của các mối quan hệ giữa các đại lượng và các khái niệm đặc trưng cho các quá trình hoặc hiện tượng phải được mô tả trong hệ thống bài tập

6

+ Mỗi bài tập phải đóng góp một phần nào đó vào việc hoàn thiện kiến thức cho học sinh Mỗi bài tập phải đem lại cho học sinh một điều mới mẻ nhất định, một khó khăn vừa sức

+ Hệ thống bài tập phải đa dạng về thể loại (bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập đồ thị…) và nội dung phải không được trùng lặp

+ Các kiến thức toán lý được sử dụng trong bài tập phải phù hợp với trình

độ học sinh

+ Số lượng bài tập được lựa chọn phải phù hợp với sự phân bố thời gian

1.4.2 Các yêu cầu khi dạy học bài tập vật lý

- Người giáo viên phải dự tính được kế hoạch cho toàn bộ công việc về bài tập, với từng đề tài, từng tiết học cụ thể Muốn vậy:

+ Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nêu vấn đề để sử dụng trong tiết nghiên cứu tài liệu mới nhằm kích thích hứng thú học tập và phát triển tư duy học sinh + Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nhằm củng cố, bổ sung hoàn thiện những kiến thức lý thuyết cụ thể đã học, cung cấp cho người học những hiểu biết về thực tế và kĩ thuật có liên quan đến kiến thức lý thuyết

+ Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập điển hình nhằm hình thành phương pháp chung giải mỗi loại bài tập đó

+ Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nhằm kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức, kĩ năng về từng kiến thức cụ thể và từng phần của chương trình

- Sắp xếp các bài tập thành hệ thống, định kế hoạch và phương pháp sử dụng

- Khi dạy giải bài tập vật lý cần dạy cho học sinh biết vận dụng kiến thức

đó để giải quyết vấn đề đặt ra, rèn cho người học kĩ năng giải các bài tập cơ bản thuộc các phần khác nhau trong chương trình vật lý

- Người giáo viên cần đặc biệt coi trọng việc rèn luyện tư duy và tính tự lập của học sinh Chính thông qua việc giải bài tập vật lý mà có thể hình thành ở người học phong cách nghiên cứu, phương pháp tiếp cận các hiện tượng cần nghiên cứu, qua đó có thể phát triển tư duy của người học

7

1.5 Các bước chung của việc giải bài tập vật lý [7]

Có rất nhiều phương pháp khác nhau để giúp học sinh giải một bài tập Nhưng có một phương pháp thường được dùng nhiều hơn hết là phương pháp thông qua các bước sau:

Bước 1: Đọc đề bài Tìm hiểu đề bài

- Xác định ý nghĩa của các thuật ngữ, phân biệt đâu là ẩn số phải tìm, đâu là

dữ kiện đã cho

- Dùng các kí hiệu vật lý để ghi tóm tắt đề bài

- Đổi đơn vị về đơn vị hợp pháp

- Vẽ hình mô tả hiện tượng vật lý trong bài tập

Bước 2: Phân tích các hiện tượng của bài toán để xác lập các mối liên

Bước 3: Luận giải, tính toán các kết quả bằng số

- Tìm mối quan hệ giữa ẩn số phải tìm với dữ kiện đã cho

Bước 4: Kiểm tra, nhận xét kết quả

- Kiểm tra xác nhận kết quả

+ Kiểm tra xem đã tính toán đúng chưa

+ Kiểm tra xem thứ nguyên có phù hợp không

+ Kiểm tra kết quả bằng thực nghiệm xem có phù hợp không

+ Giải bài toán theo cách khác xem có cho cùng kết quả không

- Nhận xét về:

+ Giá trị thực tế của kết quả

+ Phương pháp giải

8

+ Khả năng mở rộng bài tập

+ Khả năng ứng dụng của bài tập…

Như vậy, xem xét tư duy khi giải bài tập vật lý cho thấy có hai phần việc

quan trọng nhất thiết cần thực hiện

• Xác lập cho được các mối liên hệ cơ bản dựa trên sự vận dụng trực tiếp

kiến thức vật lý vào điều kiện bài tập

• Luận giải tính toán để tìm mối liên hệ đã xác lập đi đến kết quả cuối cùng

Sự thực hiện hai phần này có thể lần lượt và xen kẽ nhau, trong đó quan trọng

nhất là việc xác lập được mối liên hệ giữa cái đã cho và cái phải tìm

Các công thức, phương trình đã xác lập dựa trên các kiến thức vật lý và điều

kiện cụ thể của bài tập là sự biểu diễn những mối liên hệ định lượng giữa các đại

lượng vật lý Đối với các bài tập tính toán định lượng thì đó chính là thiết lập các

phương trình để đi đến việc giải hệ phương trình để tìm nghiệm của ẩn số

Người ta có thể biểu diễn mô hình hóa các mối liên hệ giữa cái đã cho (kí

hiệu bằng các chữ a, b, c …), cái phải tìm (kí hiệu bằng chữ x) và cái chưa biết

(kí hiệu bằng các số 1, 2, 3…) như sơ đồ dưới đây:

Trong đó: là cái phải tìm

, … là những cái đã cho , … là những cái chưa biết

1.6 Hướng dẫn học sinh giải bài toán vật lý

1.6.1 Định hướng hành động giải bài tập vật lý

1.6.1.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angôrit)

- Là sự hướng dẫn hành động theo một mẫu đã có Angôrit là một quy tắc hoạt

động hay chương trình hoạt động được xác định một cách rõ ràng, chính xác, chặt

chẽ trong đó cần thực hiện hoạt động nào và theo trình tự nào để đi đến kết quả

+ Ưu điểm: Đảm bảo cho học sinh giải bài toán một cách chắc chắn, giúp

cho việc rèn luyện kĩ năng giải toán của học sinh có hiệu quả

+ Nhược điểm: Học sinh chỉ chấp nhận những hành động đã được chỉ sẵn

theo một mẫu đã có sẵn do đó ít có tác dụng rèn luyện cho học sinh khả năng

tìm tòi sáng tạo, sự phát triển tư duy của học sinh bị hạn chế

x a b … 1 2

x

9

1.6.1.2 Hướng dẫn tìm tòi

- Là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ, tìm tòi, phát hiện cách giải quyết Giáo viên gợi mở để học sinh tự tìm cách giải quyết,

tự xác đinh các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả

+ Ưu điểm: Tránh được tình trạng giáo viên làm thay học sinh trong việc giải bài toán

+ Nhược điểm: Theo cách này không đảm bảo cho học sinh giải toán một cách chắc chắn Giáo viên phải hướng dẫn sao cho không được đưa học sinh đến chỗ chỉ việc thực hiện các hành động theo mẫu đồng thời không hướng dẫn viển vông, quá chung chung, không giúp ích cho sự định hướng tư duy của học sinh

1.6.1.3 Định hướng khái quát hóa chương trình

- Là sự hướng dẫn cho học sinh tự tìm tòi cách giải quyết chứ không thông báo ngay cho học sinh cái đã có sẵn Đặc biệt của kiểu hướng dẫn này là giáo viên định hướng hoạt động tư duy của học sinh theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn đề Nếu học sinh không đáp ứng được thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự định hướng khái quát ban đầu, cụ thể hóa thêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho học sinh để thu hẹp hơn phạm vi tìm tòi, giải quyết phù hợp với học sinh Nếu vẫn không đủ khả năng tự lập tìm tòi, giải quyết thì hướng dẫn của giáo viên chuyển thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh hoàn thành yêu cầu của một bước, sau yêu cầu học sinh tự tìm tòi, giải quyết bước tiếp theo Nếu cần, giáo viên lại giúp đỡ cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra

- Kiểu hướng dẫn này được áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn tiến trình hoạt động giải bài toán của học sinh, nhằm giúp học sinh tự lực giải quyết được bài toán đã cho, đồng thời dạy học sinh cách suy nghĩ trong quá trình giải toán

1.6.2 Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý

Trên cơ sở lí thuyết của phương pháp hình thành kĩ năng học tập ta thấy, công việc quan trọng nhất của giáo viên khi hướng dẫn giải bài tập vật lý đó là phải xác định cho được các thành phần cấu trúc kĩ năng rồi sau đó là tổ chức cho học sinh luyện tập thực hiện các kĩ năng thành phần đó

- Giải trước bài tập cụ thể định giao cho học sinh

- Phân tích phương pháp giải bài tập cụ thể theo trình tự:

+ Trình bày một cách trực quan, tóm tắt đề bài bằng các kí hiệu vật lý, chỉ

rõ các dữ liệu đã cho và cái phải tìm, đổi đơn vị, hình vẽ

+ Phân tích hiện tượng vật lý xảy ra Biểu diễn một cách trực quan, cô đọng các mối liên hệ cơ bản cần xác lập để giải được bài tập đó

+ Khái quát hóa tiến trình luận giải, mô hình hóa tiến trình này bằng sơ đồ,

từ đó hình dung một cách rõ ràng các trình tự hành động cần thực hiện để giải được bài tập

+ Trình bày sự tính toán, biện luận cụ thể để có được kết quả cuối cùng

- Xác định phương án hướng dẫn học sinh giải bài tập đã cho theo các bước: + Lựa chọn, xác định kiểu hướng dẫn phù hợp với mục đích sư phạm

+ Xác định tiến trình hoạt động dạy học cho việc hướng dẫn học sinh giải bài tập

+ Soạn thảo các câu hỏi hoặc lời hướng dẫn cụ thể sẽ sử dụng khí lên lớp tương ứng với từng bước của tiến trình hướng dẫn đã vạch ra

Như vậy, đối với giáo viên vật lý, kĩ năng giải bài tập và trình bày lời giải;

kĩ năng lựa chọn hệ thống bài tập phù hợp với mục đích dạy học nhất định; kĩ năng hướng dẫn học sinh giải bài tập…là những kĩ năng cần thiết của công tác dạy học về bài tập vật lý

1.7 Thực trạng giảng dạy bài tập phần “Cơ học chất lưu” ở một số trường THPT hiện nay

1 Cô Trần Thị Thủy - GV giỏi tỉnh Hòa Bình

2 Thầy Bạch Đức Thiện - GV trường THPT Bình Lục A, tỉnh Hà Nam

3 Thầy Phạm Quang Tốn - GV trường THPT Tả Sìn Thàng, tỉnh Điện Biên

- Học sinh lớp 11A1, 11A2, 11A3 trường THPT Bình Lục A

1.7.3 Phương pháp điều tra

Để thực hiện được các mục đích điều tra trên, chúng tôi đã tiến hành:

- Điều tra giáo viên: sử dụng phiếu điều tra, trao đổi trực tiếp

- Điều tra học sinh: trao đổi qua điện thoại, trao đổi trực tiếp

1.7.4 Các khó khăn sai lầm mà học sinh thường gặp khi học phần “Cơ học chất lưu”

Kết quả điều tra cho thấy vấn đề học bài tập vật lý của học sinh trường THPT Bình Lục A hiện nay còn mắc phải sai lầm cụ thể:

- Xác định sai áp lực ép vuông góc khi tính áp suất

- Xác định sai áp suất toàn phần tại các điểm khác nhau trong công thức của định luật Béc-nu-li vì quên mất có áp suất khí quyển

- Không xác định được mối liên hệ giữa vận tốc, áp suất và tiết diện để giải thích các hiện tượng trong đời sống như: khi đứng gần tàu hỏa dễ bị hút, ở cửa sông thường có các đảo nhỏ…

- Xác định mối liên hệ giữa các đại lượng S, v, A đối với từng tiết diện khi

làm các bài tập về định luật bảo toàn dòng

Học sinh thường mắc những sai lầm trên là do một số nguyên nhân sau:

- Phần “Cơ học chất lưu” thuộc phần cuối chương trình học kì I lớp 10 nên học sinh thường không quan tâm

- Số tiết lí thuyết ít, phần nội dung còn mới và không có tiết bài tập nên học sinh không giải được bài tập

- Trải nghiệm thực tế còn hạn chế

+ Đưa ra cách hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý một cách khoa học Quá trình thực tiễn dạy học bài tập vật lý phần “Cơ học chất lưu” hiện nay vẫn còn hạn chế Chúng ta đều biết bài tập vật lý là phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức đã học nhưng cũng là phương tiện phát triển tư duy lôgic và khả năng vận dụng vào thực tế Thông qua khảo sát một số trường THPT hiện nay, chúng tôi đánh giá thực trạng giảng dạy bài tập phần “Cơ học chất lưu” và các khó khăn của học sinh trong dạy học bài tập vật lý ở trường THPT hiện nay

Những luận điểm và thực tiễn trình bày ở chương này là cơ sở của việc vận dụng lí luận về dạy học bài tập vật lý để hệ thống lí thuyết, phân loại và hướng dẫn giải các bài tập phần “Cơ học chất lưu” SGK Vật lý THPT có định hướng tư duy cho học sinh bám sát mục tiêu dạy học chuẩn kiến thức kĩ năng học sinh cần đạt được trong chương trình

13

CHƯƠNG 2 DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “CƠ HỌC CHẤT LƯU”

CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ THPT

2.1 Đặc điểm cấu trúc nội dung phần “Cơ học chất lưu”

2.1.1 Đặc điểm nội dung của phần “Cơ học chất lưu”

Phần “Cơ học chất lưu” ở lớp 10 NC được trình bày riêng một chương (còn SGK CB thì không có) có một phần được trình bày trong chương trình cơ học lớp 8 Song chương trình lớp 10, có tính chất hoàn chỉnh và đề cao rõ rệt, không chỉ đi sâu vào bản chất vật lý mà còn chú ý nâng cao mức định lượng Hơn nữa chương trình còn quan tâm nhiều đến những ứng dụng kỹ thuật của chất lưu (đó

là các ứng dụng của nguyên lí Pa-xcan, định luật Béc-nu-li)

Các kiến thức cơ bản trong phần cơ học chất lưu gồm các khái niệm cơ bản (khái niệm: chất lưu, áp suất, khối lượng riêng, đường dòng, ống dòng) Các nguyên lý, định luật (nguyên lý Pa-xcan, định luật Béc-nu-li) Và một số ứng

dụng của chất lưu trong kỹ thuật Tuy nhiên trong phần “Cơ học chất lưu” SGK Vật lí 10 NC không trình bày khái niệm chất lưu, khái niệm khối lượng riêng

SGK nâng cao trình bày chương “Cơ học chất lưu” sau chương “Các định luật bảo toàn” Ở đây xem các định luật bảo toàn là tổng quát nên áp dụng được cho chất lỏng và chất khí (chất lưu) Cơ học chất lưu áp dụng các kiến thức đã học ở các phần (động lực học chất điểm, tĩnh học vật rắn, các định luật bảo toàn)

để nghiên cứu về chất lưu, tức là mọi chất lỏng, chất khí không nén được và chảy thành dòng

Học sinh đã được học về áp suất trong lòng chất lỏng và định luật Acsimet

ở lớp 8 Do đó, chỉ cần nhắc lại một vài điều cần thiết như công thức tính áp suất, áp suất phụ thuộc vào độ sâu, tại mọi điểm trong lòng chất lỏng áp suất là như nhau theo mọi phương để nhấn mạnh vào nội dung của nguyên lí Pa-xcan, không chứng minh mà chỉ giải thích như trong bài học

Trong phần này không yêu cầu chứng minh định luật Béc-nu-li mà cần nêu lên các ứng dụng của định luật và giải thích các hiện tượng liên quan như lực nâng cánh máy bay (hoặc cánh diều)

Nguyên lý Paxcan

Sự chảy thành dòng của chất lỏng và chất khí

Khái niệm chất lưu

Mối quan hệ giữa tốc độ dòng chất lỏng và tiết diện của ống dòng

15

2.2 Nội dung kiến thức, kỹ năng học sinh cần có sau khi học

2.2.1 Nội dung kiến thức

2.2.1.1 Khối lượng riêng

Khối lượng riêng của chất lỏng hay chất rắn là một đại lượng vật lý được

đo bằng khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó

mV



 



Trong đó: : là khối lượng riêng (kg/m3)

m: là khối lượng của chất hay rắn lỏng (kg)

F là áp lực (N)

S là diện tích (m2)

- Tại mỗi điểm của chất lỏng, áp suất theo mọi hướng là như nhau

- Áp suất ở những điển có độ sâu khác nhau thì khác nhau

Ngoài ra còn dùng các đơn vị khác như:

16

Nếu tăng áp suất ngoài pngoài một lượng p thì áp suất p cũng tăng một lượng là p

2.2.1.4 Máy nén thủy lực

Máy nén thuỷ lực là một thiết bị dùng để

tạo ra những sức ép lớn dựa trên nguyên lý

Pa-xcan Cấu tạo của máy gồm hai xilanh chứa

đầy chất lỏng (dầu), đáy thông nhau, một

xilanh có tiết lớn hơn một xilanh kia Trong

hai xilanh có hai pittông chuyển động ngược

chiều nhau Khi tác dụng lên pittông nhỏ một

lực F1 thì pittông lớn bị đẩy lên một lực F2 lớn

Chất lưu bao gồm các chất lỏng và chất khí Về mặt cơ học, một chất lưu

có thể quan niệm là một môi trường liên tục tạo bởi các chất điểm liên kết với nhau bằng những nội lực tương tác [4]

17

c Chất lưu lí tưởng

Chất lưu coi là lí tưởng khi thỏa mãn các điều kiện sau:

- Dòng chảy là ổn định, tức là vận tốc của chất lưu tại điểm bất kì cố định nào cũng không thay đổi theo thời gian cả hướng và độ lớn

- Chất lưu không chịu nén, tức là khối lượng riêng của chất lưu có giá trị không đổi

- Chất lưu không nhớt tức là bỏ qua ma sát giữa các chất lỏng đối với nhau Một vật chuyển động theo dòng chất lưu lí tưởng thì không chịu một lực cản nào

- Dòng chảy không xoáy

2.2.1.6 Đường dòng và ống dòng

a Đường dòng

Một đường dòng là đường vạch nên bởi một phần tử rất nhỏ của chất lưu,

mà ta có thể gọi là “hạt chất lưu” Khi chất lưu chuyển động, tốc độ của nó có thể thay đổi, cả về độ lớn lẫn về hướng, trên hình 2 vectơ vận tốc của nó tại một điểm bất kì bao giờ cũng tiếp tuyến với đường dòng tại điểm ấy Các đường dòng không bao giờ cắt nhau: nếu chúng cắt nhau, thì một hạt chất lưu khi đi tới giao điểm sẽ phải có hai vận tốc khác nhau cùng một lúc, đó là một điều không thể có được.[5]

Hình 2 Một hạt chất lưu P vạch ra

một đường dòng, khi nó chuyển

động, vận tốc của hạt tiếp tuyến với

đường dòng tại mọi điểm

Hình 3 Ô tô trong phòng thí nghiệm của hãng sản xuất Người ta tạo ra những luồng khí thổi vào ô tô để nghiên cứu hình dạng thích hợp

P

Đường dòng

v

Đại lượng A có giá trị như nhau ở mọi

điểm trong một ống dòng và được gọi là lưu lượng chất lỏng

Trong hệ đơn vị SI, lưu lượng được tính bằng m3/s

Khi chảy ổn định lưu lượng chất lỏng trong một ống dòng là không đổi

19

Trong đó:

n

p : là áp suất tác dụng lên thành bình hay áp suất tĩnh

: là khối lượng riêng của chất lỏng

Trong trường hợp z1 = z2 (ống dòng nằm ngang) phương trình Béc-nu-li có

Nếu một cơn gió mạnh thổi qua trước một cửa sổ, thì áp suất bên ngoài cửa

sổ bị giảm và kính cửa sổ có thể vỡ ra phía ngoài Cơ chế này có tác dụng làm cho những mái bằng phẳng của các toà nhà bị thổi bay lên Khi có bão ít nhất một phần mái nhà bị đẩy lên bởi áp suất của không khí bị giam trong nhà Tuy mái nhà được thiết kế để chống đỡ nổi một độ chênh lệch áp suất hướng xuống tương đối lớn, chúng lại nhiều khi không được dự tính để chống đỡ một độ chênh lệch áp suất lớn, hướng lên [5]

b Đo vận tốc chất lỏng Ống Venturi

Ống Ven-tu-ri dùng để đo vận tốc

chất lỏng trong ống dẫn Nó hoạt động dựa

trên việc đo chênh lệch áp suất giữa hai

điểm của ống dòng có diện tích khác nhau

Diện tích các tiết diện S ở đầu vào và đầu

ra của ống đo tương đương với tiết diện

của ống chất lưu Giữa đầu vào và đầu ra,

Hình 5: Một ống đo Venturi được nối giữa hai tiết diện của một cái ống, để đo tốc độ chất lưu chảy trong ống

chất lưu chảy qua một vùng hẹp có tiết diện s Một áp kế nối phần rộng của ống

đo với phần hẹp Khi chất lưu chảy với tốc độ v từ ống vào miền hẹp thì tốc độ của nó tăng đến V Theo phương trình Béc-nu-li, sự tăng của tốc độ kéo theo sự giảm áp suất của chất lưu Chất lỏng trong áp kế dịch chuyển sang phải, hiệu độ cao h giữa mặt chất lỏng trong hai nhánh của áp kế đo được, sẽ cho ta là p

Áp dụng phương trình Béc-nu-li và phương trình liên tục (định luật bảo toàn dòng) ta tính được

2

2s pv

(S s )





  , trong đó là khối lượng riêng của chất lưu

c Đo vận tốc của máy bay nhờ ống Pi-tô

Ống Pi-tô dùng để đo vận tốc của máy

bay, được gắn vào cánh máy bay Dựa vào sự

chênh lệch áp suất của áp suất toàn phần và áp

suất tĩnh của dòng không khí, có thể xác định

được vận tốc của dòng không khí

d Lỗ rò trong bể nước

Một bể nước được tạo ra một lỗ ở cách

mặt nước phía dưới một đoạn h Tính công

thức vận tốc của nước thoát ra khỏi lỗ? Chọn

mức nước của lỗ làm mốc để đo độ cao và áp

suất phía trên bể nước và áp suất của lỗ đều là

áp suất khí quyển Áp dụng phương trình

Hình 6 Ống Pi-tô

21

e Lực nâng cánh máy bay

Hình vẽ 8 trình bày các đường dòng

xung quanh cánh một máy bay đang

chuyển động Cánh máy bay có mặt trên

của cánh cong hơn mặt dưới, nên khi bay,

đường dòng của không khí ở phía trên

mau hơn phía dưới, dẫn đến áp suất tĩnh ở phía trên nhỏ hơn áp suất tĩnh ở phía dưới, do đó tạo nên một lực nâng cánh máy bay Ngoài ra cánh máy bay còn đặt chếch lên trên tạo nên lực nâng lớn hơn

f Bộ chế hoà khí

Ống hút không khí có một đoạn thắt lại, ở đó áp suất giảm xuống Ống hút xăng có một đầu ở vị trí này, nên xăng bị hút lên trên và phân tán thành những hạt nhỏ, trộn lẫn với không khí tạo thành hỗn hợp đi vào xilanh

Hình 9 Bộ chế hoà khí

Hình 8: Lực nâng cánh máy bay

- Phát biểu và viết được hệ thức của nguyên lí Pa-xcan

- Nêu được chất lỏng lí tưởng là gì, ống dòng là gì Nêu được mối quan hệ giữa tốc độ dòng chất lỏng và tiết diện của ống dòng

- Phát biểu định luật Béc-nu-li và viết được hệ thức của định luật này

- Vận dụng được định luật Béc-nu-li để giải một số bài tập đơn giản

2.3 Phân loại và soạn thảo hệ thống bài tập phần “Cơ học chất lưu”

2.3.1 Dạng 1: Áp suất thủy tĩnh

2.3.1.1 Ví dụ

Bài 1: Một người có thể làm tăng nhanh gấp đôi áp suất do người đó gây ra

trên mặt sàn bằng cách nào?

1 Mục đích bài tập: Củng cố nội dung về áp suất

2 Hướng dẫn giải bài tập

a Tóm tắt:

Hỏi làm cách nào tăng áp suất gây ra trên mặt sàn?

- Có thể tăng áp suất gấp đôi nếu làm giảm diện tích bị ép đi hai lần Muốn vậy, người ta chỉ cần đứng một chân và thay đổi tư thế đứng một chút để khỏi mất thăng bằng Điều này có thể thực hiện được (3)

c Sơ đồ luận giải

d Biện luận

Việc nhấc một chân lên để tăng áp suất lên gấp hai lần là có thể thực hiện được trong thực tế, phù hợp với thực tiễn

3 Khó khăn của học sinh

- Không biết cách làm thay đổi áp suất và bằng cách nào

4 Định hướng tư duy

- Dựa vào công thức tính áp suất cho biết áp suất phụ thuộc vào những yếu

tố nào?

- Nếu thay đổi một trong hai đại lượng S hoặc F thì đại lượng kia phải thỏa mãn điều kiện gì để áp suất do người đó gây ra trên sàn tăng gấp đôi

Bài 2: Cửa ngoài một nhà rộng 1,5 m, cao 2 m Một trận bão đi qua, áp suất

bên ngoài giảm đi 0,4 atm so với trong phòng Lực toàn phần ép vào cửa bằng

bằng bao nhiêu?

1 Mục đích bài tập: Củng cố công thức tính áp suất

2 Hướng dẫn giải bài tập

(1)

Để tăng p có thể tăng F hoặc giảm S

(2)

(3)

p 2p bằng cách nhấc một chân lên

- Áp suất bên ngoài nhà: 2

2

FpS

- Lực toàn phần ép cửa hướng từ trong ra ngoài nhà có độ lớn là 121560 N

3 Khó khăn của học sinh

- Xác định lực toàn phần ép vào cửa là do sự chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài nhà

- Đổi đơn vị đo cho phù hợp

4 Định hướng tư duy

- Lực toàn phần ép vào cửa là do đâu? Đổi đơn vị đo cho phù hợp rồi tính toán

Bài 3: Một thùng nước hình trụ cao 2,5 m, bán kính mặt đáy 0,5 m chứa

đầy nước Trên mặt thoáng có đậy một nắp bằng gỗ nổi trên mặt nước và vừa khít với mặt thoáng Đặt lên trên nắp thùng một vật nặng khối lượng m = 10 kg

(3) (2)