Dạy học bài tập vật lý phần các tính chất của chất rắn và chất lỏng – chương trình vật lý trung học phổ thông

Nội dung kiến thức và các dạng bài tập của phần này tương đối khó đối với học sinh, vì thế việc hệ thống hóa kiến thức cùng với việc định hướng dần học sinh giải bài tập theo trình tự kh

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới quý thầy cô giáo trong tổ Vật lý đại cương và Phương pháp dạy học, Khoa Toán – Lý – Tin trường Đại học Tây Bắc đã có những đóng góp ý kiến quý báu cho em Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo, ThS Phạm Hồng Sơn đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo

em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Chân thành cảm ơn quý thầy cô đã giúp đỡ em trong quá trình em thực hiện điều tra thực tế Cảm ơn toàn thể các bạn sinh viên trong nhóm thực hiện đề tài đã cũng tôi thảo luận, góp ý cho tôi hoàn thành đề tài

Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và bạn đọc

để đề tài hoàn thiện hơn

Sơn La, ngày 07 tháng 05 năm 2015 Người thực hiện

Trần Xuân Lộc

MỤC LỤC

PHẦN 1: MỞ ĐẦU……… …1

1 Lý do chọn đề tài……….……… 1

2 Mục đích của đề tài: 2

3 Đối tượng nghiên cứu: 2

4 Giả thuyết khoa học: 2

6 Phạm vi nghiêm cứu: 2

7 Phương pháp nghiên cứu: 2

8 Cấu trúc của đề tài: 2

PHẦN 2: NỘI DUNG 4

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 4

1.1 Cơ sở lý luận 4

1.1.1 Khái niệm bài tập vật lý [6] 4

1.1.2 Mục đích sử dụng bài tập vật lý trong dạy học [6] 4

1.1.3 Phân loại bài tập vật lý trong dạy học 5

1.1.4 Hoạt động giải bài tập vật lý [6] 5

1.1.5 Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lý [6] 5

1.1.5.1 Lựa chọn hệ thống bài tập 5

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

1.1.6 Các bước chung của việc giải bài tập vật lý [6] 7

1.1.7 Hướng dẫn học sinh giải bài toán vật lý 8

1.1.7.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angorit) 8

1.1.7.2 Hướng dẫn tìm tòi 9

1.1.7.3 Định hướng khái quát hóa chương trình 9

1.2 Cơ sở thực tiễn 10

1.2.1 Cơ sở pháp lý 10

1.2.1.1 Vị trí, đặc điểm của phần tính chất của chất rắn và chất lỏng trong chương trình vật lý 10 ban cơ bản 10

1.2.1.2 Mục tiêu của phần các tính chất của chất rắn và chất lỏng theo chuẩn kiến thức – kỹ năng do Bộ giáo dục và Đào tạo ban hành 10

1.2.2 Cơ sở thực tiễn 12

1.2.2.1 Đối tượng thăm dò 12

1.2.2.2 Nội dung thăm dò 12

1.2.2.3 Kết quả thăm dò 12

1.3 Phân tích kết quả 14

KẾT LUẬN CHƯƠNG I 16

CHƯƠNG II: TÓM TẮT LÝ THUYẾT, PHÂN LOẠI VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP 17

2.1 Tóm tắt lý thuyết 17

2.1.1 Chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình: 17

2.1.2 Sự nở vì nhiệt của chất rắn 17

2.1.3 Tính chất của chất lỏng 17

2.1.4 Biến dạng cơ của vật rắn 18

2.2 Phân loại và hướng dẫn giải 19

2.2.1 Bài tập về tính chất của chất rắn 19

2.2.1.1 Dạng 1: Bài tập về chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình 19

2.2.1.2 Dạng 2: Bài tập về biến dạng cơ của vật rắn 21

2.2.1.3 Dạng 3: Bài tập về sự nở vì nhiệt của vật rắn: 27

2.2.2 Bài tập về tính chất của chất lỏng 32

2.2.2.1 Dạng 1: Bài tập về lực căng mặt ngoài của chất lỏng 32

2.2.2.2 Dạng 2: Bài tập về hiện tượng mao dẫn: 36

2.3 Những điểm cần lưu ý về phương pháp 40

KẾT LUẬN CHƯƠNG II 42

CHƯƠNG III: CĂN CỨ ĐÁNH GIÁ VÀ MỘT SỐ ĐỀ XUẤT 43

3.1 Căn cứ đánh giá 43

3.2 Kiến nghị điều chỉnh thời lượng chương trình và đề xuất một số bài tập để giảng dạy bài tập phần “các tính chất của chất rắn và chất lỏng” ở trường phổ thông (nếu được) 44

3.3 Một số đề xuất khác 44

KẾT LUẬN CHƯƠNG III 46

PHẦN 3: KẾT LUẬN CHUNG………….……….……… 47

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Vật lý học là ngành khoa học thực sự thú vị và hữu ích Với những thành tựu của mình, Vật lý học đã giúp con người tìm hiểu, khám phá, cải tạo thế giới

tự nhiên phục vụ con người Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, Vật

lý học có nhiều bước tiến bộ nhảy vọt Hiện nay, Vật lý học đang từng bước khẳng định vai trò của mình là một trong những ngành khoa học quan trọng giúp con người hoàn thiện khả năng làm chủ với thế giới tự nhiên

Vật lý học không chỉ tồn tại trong mỗi chúng ta dưới dạng mô hình trừu tượng mà là sự phản ánh vào óc chúng ta thực thể phong phú và sinh động Tuy nhiên, các khái niệm định luật vật lý thì rất đơn giản, còn sự biểu hiện của chúng trong tự nhiên rất phức tạp mà chúng ta đều biết các sự vật và hiện tượng có thể chi phối bởi nhiều định luật, nguyên nhân đồng thời Vì thế, bài tập vật lý sẽ giúp cho học sinh phân tích để nhận biết và hiểu rõ hơn về các hiện tượng đó

Bài tập vật lý là một phương tiện để ôn tập, củng cố kiến thức vật lý một cách sinh động và khoa học Khi giải bài tập vật lý, học sinh cần nhớ lại lý thuyết đã học; Không phải lý thuyết, kiến thức một bài hay một chương mà đôi khi cần phải sử dụng cả kiến thức tổng hợp của nhiều chương, nhiều bài, nhiều phần khác nhau

Phần “Các tính chất của chất rắn và chất lỏng” là một phần kiến thức trọng tâm và khá quan trọng trong chương trình vật lý 10 Nội dung kiến thức và các dạng bài tập của phần này tương đối khó đối với học sinh, vì thế việc hệ thống hóa kiến thức cùng với việc định hướng dần học sinh giải bài tập theo trình tự khoa học sẽ giúp các em khắc sâu kiến thức hơn

Nhờ những lý do trên, chúng tôi chọn khoa luận “Dạy học bài tập vật lý phần các tính chất của chất rắn và chất lỏng – chương trình vật lý trung học phổ thông” nhằm giới thiệu cho các em học sinh cách làm bài tập phần các tính chất của chất rắn và chất lỏng Hy vọng đây cũng là tài liệu tham khảo cho các bạn sinh viên ngành sư phạm vật lý và giáo viên dạy học vật lý ở các trường THPT

2 Mục đích của đề tài:

Nghiên cứu lý luận dạy học bài tập vật lý ở đại học và thực tế giảng dạy bài tập vật lý ở phổ thông phần “các tính chất của chất rắn và chất lỏng” nhằm đưa ra các dạng bài tập và hướng dẫn giải về phần này, giúp nâng cao khả năng vận dụng lý thuyết, đạt chuẩn kiến thức kỹ năng cho học sinh THPT

3 Đối tượng nghiên cứu:

Lý luận dạy học bài tập vật lý ở trường đại học và thực tế giảng dạy bài tập vật lý ở trường phổ thông

Lý thuyết và các bài tập phần “các tính chất của chất rắn và chất lỏng”

4 Giả thuyết khoa học:

Nếu vận dụng lý luận dạy học bài tập vật lý vào thực tiễn dạy học bài tập

ở THPT phần “các tính chất của chất rắn và chất lỏng” thì sẽ tìm ra phương pháp phân dạng, định hướng tư duy, khó khăn của học sinh trong quá trình giải bài tập

và những phương án dạy học đáp ứng được mục tiêu theo chuẩn kiến thức kĩ năng của chương trình

5 Nhiệm vụ nghiên cứu:

Hệ thống hóa cơ sở lý luận về dạy học bài tập vật lý ở đại học và thực tế dạy học bài tập vật lý ở phổ thông phần “các tính chất của chất rắn và chất lỏng”

Khái quát hóa nội dung kiến thức, sưu tầm, lựa chọn, phân loại bài tập và hướng dẫn giải các bài tập điển hình trong các dạng phần này

6 Phạm vi nghiêm cứu:

Nghiên cứu dạy học bài tập vật lý phần “các tính chất của chất rắn và chất lỏng”

7 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Phương pháp điều tra thăm dò

8 Cấu trúc của đề tài:

- Phần 1: Mở đầu

- Phần 2: Nội dung

+ Chương I: Cơ sở lý luận và thực tiễn

+ Chương II: Tóm tắt lý thuyết, phân loại và hướng dẫn giải các dạng bài tập

+ Chương III: Căn cứ đánh giá và một số đề xuất

- Phần 3: Kết luận chung

PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 Cơ sở lý luận

1.1.1 Khái niệm bài tập vật lý [6]

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 logic, 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 nghiệm vụ dạy học vật lý trong nhà trường phổ thông

1.1.2 Mục đích sử dụng bài tập vật lý trong dạy học [6]

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

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

1.1.3 Phân loại bài tập vật lý trong dạy học

Thôngthường 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

1.1.4 Hoạt động giải bài tập vật lý [6]

- Xác lập được mối liên hệ cơ bản cụ thể dựa trên việc vận dụng kỹ thuật vật lý vào những điều kiện cụ thể của bài toán đã cho

- Sự tiếp tục luận giải, tính toán đi từ đầu mối liên hệ đã xác lập đến kết luận cuối cùng của việc giải quyết vấn đề đã đặt ra trong bài toán

1.1.5 Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lý [6]

1.1.5.1 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

+ 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

1.1.5.2 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

1.1.6 Các bước chung của việc giải bài tập vật lý [6]

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

- Mỗi bài tập phải bắt đầu giải ở dạng tổng quát (tức là với các kí hiệu chữ), hơn nữa, đại lượng cần tìm cần tìm phải được biểu thị qua các đại lượng đã cho Sau khi tìm được kết quả cuối cùng bằng chữ, học sinh tiếp tục luận giải để rút ra mối liên hệ tường minh, trực tiếp giữa cái đã cho và cái phải tìm bằng cách thay các đại lượng bằng trị số của chúng để tính kết quả bằng số

- Các trị số của các đại lượng vật lý luôn luôn là gần đúng Do đó, khi tính toán cần tuân theo các quy tắc áp dụng cho các số gần đúng

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

+ Khả năng mở rộng bài tập

+ Khả năng ứng dụng của bài tập…

1.1.7 Hướng dẫn học sinh giải bài toán vật lý

1.1.7.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angorit)

- Là sự hướng dẫn hành động theo một mẫu đã có Angorit 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

- Giáo viên giới thiệu cho học sinh mẫu hành động và kết quả hành động, còn những chỉ dẫn phải hành động như thế nào không được nêu ra Học sinh thưc hiện nhiệm vụ một cách mò mẫm theo cách thử và sai Kết quả nhiệm vụ

có thể thưc hiện được nhưng hành động mà nhờ đó nghiệm vụ được thực hiện không bền vững khi thay đổi điều kiện

+ 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

1.1.7.2 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

- Giáo viên giới thiệu cho học sinh biết mẫu của hành động trên một cơ sở định hướng chặt chẽ và những chỉ dẫn, những cách thức để thực hiện hành động Hành động ở đây được chia thành những giai đoạn và đảm bảo cho việc thực hiện nó một cách đúng đắn Ở đây, học sinh nắm vững được kĩ năng thực hiện hành động và có khả năng di chuyển sang thực hiện nhiệm vụ mới, nhưng sự di chuyển này đòi hỏi phải có trong thành phần của nhiệm vụ mới những yếu tố tương tự trong thành phần của nhiệm vụ đã nắm vững

+ 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

1.1.7.3 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 Giáo viên tiến hành dạy có kế hoạch

về sự phân tích các nhiệm vụ nhằm rút ra những điểm tựa để thực hiện nhiệm

vụ 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

+ Ưu điểm: Hình thành ở người học kĩ năng định hướng, kĩ năng kế hoạch

hóa hoạt động giải bài tập, kĩ năng thực hiện kế hoạch giải bài tập

và chất rắn vô định hình (bài 34); Biến dạng cơ của vật rắn (bài 35); Sự nở vì nhiệt của vật rắn (bài 36); Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng (bài 37)

b Đặc điểm của phần các tính chất của chất rắn và chất lỏng

Những kiến thức cơ bản trong phần các tính chất của chất rắn và chất lỏng

đa số là kiến thức mới, không được kế thừa từ bậc trung học cơ sở Vì thế, vai trò của các bài tập trong hình thành các khái niệm cho học sinh là rất quan trọng

Bài 35 “Biến dạng cơ của vật rắn” đã được giảm tải

1.2.1.2 Mục tiêu của phần các tính chất của chất rắn và chất lỏng theo chuẩn kiến thức – kỹ năng do Bộ giáo dục và Đào tạo ban hành

Mục tiêu chương trình giáo dục phổ thông cấp THPT đã được bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành kèm theo quyết định số 16/2006/QĐ-BGĐT ngày 05 tháng 05 năm 2006 của bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo trong đó phần các tính chất của chất rắn và chất lỏng bao gồm các mục tiêu cụ thể sau:

- Phân biệt được chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình

về cấu trúc vi mô và những tính chất vĩ mô của chúng

- Phân biệt được biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

- Phát biểu và viết được hệ thức của định luật Húc đối với biến dạng của vật rắn

- Viết được các công thức nở dài và nở khối

- Nêu được ý nghĩa của sự nở dài, sự nở khối của vật rắn trong đời sống và kỹ thuật

- Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng căng bề mặt

- Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng dính ướt và không dính ướt

- Mô tả được hình dạng mặt thoáng của chất lỏng ở sát thành bình trong trường hợp chất lỏng không dính ướt và không dính ướt

- Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng mao dẫn

- Kể được một số ứng dụng về hiện tượng mao dẫn trong đời sống và kỹ thuật

Kỹ năng

- Vận dụng được công thức nở dài và nở khối của vật rắn để

giải các bài tập đơn giản

- Xác định được hệ số căng bề mặt bằng thí nghiệm

1.2.1.3 Phân phối chương trình phần các tính chất của chất rắn và chất lỏng

Dựa trên gợi ý phân phối chương trình của Bộ GD&ĐT, một số Sở

GD&ĐT của các tỉnh đưa ra phân phối như sau:

STT Tiết trong phân phối

4 62 Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng (tiết 1)

5 63 Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng (tiết 2)

1.2.2 Cơ sở thực tiễn

Để có những đánh giá khách quan về việc dạy học bài tập vật lý của giáo viên ở THPT và việc học lý luận dạy học bài tập vật lý của sinh viên ngành sư phạm vật lý, chúng tôi đã xây dựng hai mẫu phiếu thăm dò ý kiến của hai đối tượng là các giáo viên đang giảng dạy ở bậc THPT và các giảng viên đang giảng dạy ở ĐH, cụ thể:

1.2.2.1 Đối tượng thăm dò

a Giáo viên đang giảng dạy ở THPT

Chúng tôi tiến hành gửi phiếu thăm dò ý kiến cho 2 giáo viên vật lý đang giảng dạy ở 2 trường THPT trên địa bàn tỉnh Hòa Bình, cả 2 thầy đều là những thành viên trong nhóm giáo viên cốt cán bộ môn Vật lý của Sở GD&ĐT tỉnh Hòa Bình

b Giảng viên đang giảng dạy ở ĐH

Chúng tôi đã trực tiếp trao đổi với các thầy cô đang giảng dạy bộ môn Vật

lý, tổ Vật lý đại cương và Phương pháp dạy học, Khoa Toán – Lý – Tin, Trường

ĐH Tây Bắc, trong đó có thầy đã dạy học phần “Bài tập vật lý phổ thông”

1.2.2.2 Nội dung thăm dò

Nội dung các phiếu thăm dò có trong phần phụ lục

1.2.2.3 Kết quả thăm dò

a Đối với GV đang giảng dạy ở THPT

- Hiện tại, tài liệu mà các thầy thường sử dụng trong dạy học bài tập Vật

lý là sách giáo khoa, sách bài tập ban cơ bản (đối với các học sinh ở lớp học theo

ban cơ bản) và sách giáo khoa, sách bài tập nâng cao, một số tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi (đối với các lớp theo học phân ban hoặc các em trong đội tuyển học sinh giỏi)

- Nhưng yếu tố quyết định đến việc lựa chọn bài tập để xây dựng tiết dạy bài tập của các thầy bao gồm:

+ Lực học của học sinh mang yếu tố quyết định chính, vì thế việc lựa chọn bài tập phải phù hợp với nhiều đối tượng học sinh

+ Bài tập phải gắn liền với lý thuyết, củng cố được lý thuyết, vận dụng lý thuyết mà các em đã học vào thực tiễn, theo chuẩn kiến thức - kỹ năng

+ Thời lượng các tiết bài tập trong phân phối chương trình ảnh hưởng tới việc lựa chọn bài tập để phù hợp với thời lượng tiết dạy

+ Độ tin cậy của nguồn tham khảo bài tập để đảm bảo các số liệu trong bài tập phù hợp với đời sống, kỹ thuật

- Các thầy đều tán thành với các bước trình bày khi giải bài tập của học sinh theo đúng như trong lý luận dạy học bởi nếu làm được đúng theo các bước như trong lý luận sẽ giúp phát huy tính tích cực của học sinh, tuy nhiên các thầy thường thêm các bước giải chi tiết cho từng dạng bài trước khi cho học sinh đọc, hiểu, tóm tắt đề bài

- Trong trường hợp phân phối chương trình không đủ để đảm bảo cho học sinh nắm vững được các dạng bài tập theo chuẩn kiến thức - kỹ năng thì giáo viên có thể đẩy nhanh thời lượng các phần lý thuyết để có thời gian dành cho các bài tập cần cung cấp cho học sinh (không nhất thiết việc làm bài tập phải đợi đến tiết bài tập mà giáo viên có thể cung cấp cho các em trong thời gian kiểm tra bài cũ hoặc phần củng cố nội dung của bài dạy lý thuyết)

- Trong phần tính chất của chất rắn và chất lỏng, đối với lớp theo ban cơ bản các thầy chia thành 2 dạng bài là bài tập tính chất của chất rắn (chủ yếu là bài tập về sự nở vì nhiệt của vật rắn, tiếp đến là bài tập về chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình), bài tập về tính chất của chất lỏng (chủ yếu là bài tập về lực căng bề mặt, tiếp đến là giải thích về hiện tượng mao dẫn), còn đối với lớp học phân ban hoặc đội tuyển học sinh giỏi thì thêm 2 loại bài tập vào 2 dạng bài

nêu trên là bài tập về biến dạng cơ của vật rắn và bài tập liên quan tới chênh lệch

độ cao trong ống mao dẫn trong các buổi học chuyên đề

- Đối với bài tập phần chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình, vì mục tiêu theo chuẩn kiến thức – kỹ năng là phân biệt được chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình và kiến thức ở phần này tương đối nhẹ nhàng nên các bài tập các thầy đưa ra chủ yếu là phiếu hỏi trắc nghiệm khách quan giúp học sinh nắm vững lý thuyết đã học

- Nội dung phần biến dạng cơ của vật rắn liên quan khá nhiều trong đời sống và kỹ thuật nên mặc dù được giảm tải nhưng nếu có điều kiện đề cập trong bài giảng hay có các buổi học chuyên đề thì giáo viên vẫn cần cung cấp cho học sinh

b Đối với giảng viên đang giảng dạy ở ĐH

- Hiện tại, giáo trình để giảng dạy học phần “Bài tập vật lý phổ thông”cho chuyên sinh viên chuyên nghành ĐHSP Vật lý trường ĐH Tây Bắc được các thầy đánh giá là phù hợp với yêu cầu của học phần đề ra

+ Trong trình bày mục 3.7 Phương pháp giải bài tập phần “các tính chất của chất rắn và chất lỏng” của giáo trình còn một số ký có khác biệt so với phổ thông, việc phân dạng bài tập cần cụ thể hơn, một số bài tập phần hệ thống bài tập tự giải còn tương đối khó đối với sinh viên

1.3 Phân tích kết quả

Dựa trên kết quả phiếu thăm dò, tôi có những phân tích như sau:

- Về tài liệu để nghiên cứu, chúng tôi sẽ lựa chọn bài tập phù hợp có trong các tài liệu gồm sách giáo khoa và sách bài tập vật lý 10 của cả hai ban cơ bản

và năng cao vì các cuốn sách này đều đã được phản biện, đánh giá và thẩm định thực tế để phù hợp với trỉnh độ của học sinh THPT Ngoài ra, chúng tôi lựa chọn giải các bài tập chưa có lời giải trong giáo trình được học để làm tài liệu tham khảo cho các bạn sinh viên

- Do phần bài tập tính chất của chất rắn và chất lỏng trong giáo trình có nhiều nội dung sai khác với dạy học bài tập phần này ở phổ thông như ký hiệu

có sự khác biệt phổ thông, mức độ bài tập tương đối khó đối với cả học sinh phổ

thông cũng như sinh viên đại học, có nội dung mà giáo trình trình bày thì phổ thông đưa vào phần giảm tải (phần biến dạng cơ của vật rắn) và ngược lại, có những phần mà phổ thông có bài tập nhưng giáo trình không trình bày (phần chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình) Vì vậy, trong phần khái quát nội dung kiến thức hay phần phân loại lựa chọn bài tập mẫu, chúng tôi sẽ cố gắng trình bày một cách hợp lý nhất cho phù hợp với bậc đại học và phổ thông

- Sự phân chia các dạng bài tập trong giáo trình phần các tính chất của chất rắn và chất lỏng vẫn chưa được cụ thể, chỉ chia thành 2 chủ đề lớn là bài tập

về tính chất của chất rắn và bài tập về tính chất của chất lỏng Vì thế, để cân đối giữa chương trình học phổ thông và đại học, chúng tôi vẫn chia phần này thành

2 chủ đề nhưng chia nhỏ thành5 dạng bài:

+ Bài tập về tính chất của chất rắn gồm 3 dạng:

 Dạng 1: Bài tập về chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình (dạng câu hỏi trắc nghiệm)

 Dạng 2: Bài tập về biến dạng cơ của vật rắn

 Dạng 3: Bài tập về sự nở vì nhiệt của vật rắn

+ Bài tập về tính chất của chất lỏng gồm 2 dạng

 Dạng 1: Bài tập về lực căng mặt ngoài của chất lỏng

 Dạng 2: Bài tập về hiện tượng mao dẫn

- Trong các bài tập mẫu và bài tập tự giải (có hướng dẫn), chúng tôi sẽ lựa chọn nhiều bài tập ở các mức độ khác nhau Đặc biệt, chúng tôi sẽ chú trọng đến việc giải cụ thể các bài tập chưa có lời giải trong hệ thống bài tập tự giải phần các tính chất của chất rắn và chất lỏng trong giáo trình với mục đích làm tài liệu tham khảo cho các bạn sinh viên khóa sau

KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Trong chương I chúng tôi đã trình bày lý luận dạy học bài tập vật lý, các

cơ sở pháp lý cũng như thực tiễn việc dạy học bài tập vật lý ở THPT phần “các tính chất của chất rắn và chất lỏng” Dựa trên các phân tích đánh giá cụ thể, chúng tôi đã hình thành ý tưởng nội dung cho chương II, nhằm đảm bảo thực hiện mục đích đề tài Trong chương tiếp theo, tôi sẽ trình bày tóm tắt lý thuyết, phân loại và hướng dẫn giải các dạng bài tập trong phạm vi nghiên cứu

CHƯƠNG II: TÓM TẮT LÝ THUYẾT, PHÂN LOẠI VÀ HƯỚNG DẪN

GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP 2.1 Tóm tắt lý thuyết

2.1.1 Chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình:

- Cấu trúc tinh thể hay tinh thể là cấu trúc tạo bởi các hạt (nguyên tử, phân

tử, ion) liên kết chặt chẽ với nhau bằng các lực tương tác và sắp xếp theo trật tự hình học không gian xác định gọi là mạng tinh thể, trong đó mỗi hạt luôn dao động nhiệt quanh vị trí cân bằng Chất rắn có cấu trúc từ các tinh thể gọi là chất rắn kết tinh

- Chất rắn không có cấu trúc tinh thể gọi là chất rắn vô định hình

Lưu ý rằng công thức về sự nở khối có thể áp dụng cho cả chất lỏng (trừ nước ở 00

- Phương: vuông góc với đoạn đường nhỏ và tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng

- Chiều: làm giảm diện tích bề mặt của chất lỏng

- Công thức tính độ chênh lệch mực chất lỏng do mao dẫn:

 là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)

d là đường kính trong ống mao dẫn (m)

g là gia tốc trọng trường (m/s2)

Lưu ý: khi chất lỏng làm ướt thì h là độ dâng lên Khi chất lỏng không làm ướt thì chất lỏng là độ hạ xuống

2.1.4 Biến dạng cơ của vật rắn

- Biến dạng cơ của vật rắn bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo (không đàn hồi)

- Biến dạng đàn hồi sẽ mất đi khi ngoại lực thôi tác dụng

- Biến dạng dẻo vẫn còn (toàn bộ hay 1 phần) khi ngoại lực thôi tác dụng

- Trong biến dạng đàn hồi kéo (hay nén):

+ Mức độ biến dạng của thanh rắn được xác định bởi độ biến dạng tỉ đối:

+ Định luật Húc: trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối của vật rắn (hình trục, đồng chất) tỉ lệ thuận với ứng suất tác dụng vào vật đó

o

l l

l gọi là độ cứng (hay hệ số đàn hồi) của vật rắn (N/m)

2.2 Phân loại và hướng dẫn giải

2.2.1 Bài tập về tính chất của chất rắn

2.2.1.1 Dạng 1: Bài tập về chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình

* Câu hỏi trắc nghiệm:

Câu 1: Ghép nội dung ở cột bên trái với nội dung tương ứng ở cột bên

phải để thành một câu có nội dung đúng:

1 Cấu trúc được tạo bởi các hạt (nguyên tử,

phân tử, ion) liên kết chặt với nhau bằng những

lực tương tác và sắp xếp theo một trật tự hình

học nhất định, trong đó mỗi hạt luôn dao động

nhiệt quanh vị trí cân bằng của nó gọi là

2 Chất rắn không có cấu trúc tinh thể là

3 Chất rắn cấu tạo từ một tinh thể là

4 Chất rắn cấu tạo từ vô số tinh thể nhỏ, liên

Câu 2: Câu nào dưới đây nói về đặc tính của chất rắn kết tinh là không đúng?

A Có thể có tính dị hướng hoặc có tính đẳng hướng

B Không có nhiệt độ nóng chảy xác định

C Có cấu trúc tinh thể

D Có nhiệt độ nóng chảy xác định

Câu 3: Đặc tính nào dưới đây là của chất rắn đơn tinh thể?

A Dị hướng và nóng chảy ở nhiệt độ không xác định

B Đẳng hướng và nóng chảy ở nhiệt độ không xác định

C Dị hướng và nóng chảy ở nhiệt độ xác định

D Đẳng hướng và nóng chảy ở nhiệt độ xác định

Câu 4: Đặc tính nào dưới đây là của chất rắn đa tinh thể?

A Đẳng hướng và nóng chảy ở nhiệt độ không xác định

B Dị hướng và nóng chảy ở nhiệt độ không xác định

C Đẳng hướng và nóng chảy ở nhiệt độ không xác định

* Đáp án:

Câu 1: 1 – d; 2- a; 3 – đ; 4 – g; 5 – b; 6 – e; 7 – c

Câu 2 B; Câu 3 C ; Câu 4 D; Câu 5 C; Câu 6.C; Câu 7 B

2.2.1.2 Dạng 2: Bài tập về biến dạng cơ của vật rắn

* Bài tập mẫu:

Bài tập 1: Một sợi dây đồng lúc đầu được căng để phơi quần áo Sau vài

lần phơi quần áo nhẹ thì sợi dây vẫn nằm ngang Nhưng sau nhiều lần phơi chăn bông và quần áo nặng, sợi dây bị võng xuống rõ rệt Tại sao?

1 Mục đích của bài tập:

- Củng cố các khái niệm về tính dẻo và tính đàn hồi của chất rắn

2 Hướng dẫn giải bài tập

a Tóm tắt:

Cho: Dây đồng căng, phơi quần áo nặng

Hỏi: Vì sao dây không bị võng xuống sau khi phơi đồ nhẹ?

Vì sao dây bị võng xuống sau khi phơi đồ nặng?

b Xác lập mối liên hệ

- Dây đồng vừa có tính chất dẻo vừa có tính đàn hồi (1)

- Tính dẻo và tính đàn hồi phụ thuộc vào cường độ lực tác dụng và thời gian tác dụng (2)

- Khi phơi quần áo nhẹ, cường độ lực tác dụng nhỏ, thời gian tác dụng lực ngắn (3)

- Khi phơi quần áo nặng, cường độ lực tác dụng lớn, thời gian tác dụng lực dài (4)

c Sơ đồ luận giải:

(1)

(2)

Dây vẫn giữ được tính đàn hồi (Biến dạng đàn hồi) (3)

3 Khó khăn của học sinh khi giải bài tập

- Không nhận ra được sự phụ thuộc của tính chất dẻo và tính chất đàn hồi vào thời gian tác dụng lực và cường độ của lực tác dụng

- Không thấy được mối liên hệ giữa các thuật ngữ “dây thẳng” và “dây võng xuống” với biến dạng đàn hồi và biến dạng không đàn hồi

4 Định hướng tư duy học sinh

- Tính dẻo và tính đàn hồi phụ thuộc vào các yếu tố nào?

- Hãy tìm các mối liên hệ giữa các dữ kiện “dây thẳng” và “dây võng xuống” sau khi tác dụng lực với biến dạng của dây

Bài tập 2: Một sợi dây kim loại dài 1 m, có tiết diện ngang là 1 mm2

và được treo thẳng đứng Người ta móc vào đầu dưới của dây một trọng lượng 200

N thì thấy dây dài thêm 1 mm Nếu bây giờ người ta dùng một sợi dây khác cùng vật liệu nhưng dài 3m, có tiết diện là 0,5 mm2

- Công thức liên hệ giữa chiều dài, tiết diện ngang và độ biến thiên chiều dài của dây với lực tác dụng vào dây là:

o

FES

đó ta sẽ tìm được các yêu cầu của đề bài

c Sơ đồ luận giải:

 l l  l

l

3 Khó khăn của học sinh khi giải bài tập:

- Thiết lập mối quan hệ giữa các đại lượng: chiều dài ban đầu, tiết diện ngang, độ biến thiên chiều dài của dây với lực tác dụng vào dây

- Trong bài tập này, suất Y-âng E chưa biết vì thế học sinh khó biến đổi các công thức để ẩn số cần tìm không phụ thuộc vào E

- Biến đổi toán học để tìm ra kết quả cuối cùng

4 Định hướng tư duy học sinh

- Hãy tìm công thức nêu lên mối quan hệ giữa các đại lượng: chiều dài ban đầu, tiết diện ngang, độ biến thiên chiều dài của dây với lực tác dụng vào dây (viết cho từng dây)

- Do bài chưa cho E vậy phải làm thế nào để triệt tiêu E ở cả 2 phương trình viết cho từng dây

(1)

(2)

(3)

Bài tập 3: Một sợi dây sắt dài gấp đôi nhưng có tiết diện nhỏ bằng nửa

tiết diện của sợi dây đồng Giữ chặt đầu trên của mỗi sợi dây và treo vào đầu dưới của chúng hai vật nặng giống nhau Suất đàn hồi của sắt lớn hơn suất đàn hồi của đồng 1,6 lần Hỏi sợi dây sắt bị dãn nhiều hơn hay ít hơn bao nhiêu lần

so với sợi dây đồng?



l cho từng sợi dây

+ Đối với dây sắt: 1 1

FES



l (2)

+ Lập tỉ số (1) chia (2) (3) Vậy ta thiết lập được 3 mối liên hệ, giải phương trình ta tìm được yêu cầu của đề bài

c Sơ đồ luận giải:

Kết quả:  l1 2,5 l2 Nghĩa là sợi dây sắt bị dãn nhiều hơn 2,5 lần so với sợi dây đồng

(1)

(2)

(3)

3 Khó khăn của học sinh khi giải bài tập:

- Tìm liên hệ giữa các đại lượng đặc trưng của 2 dây như chiều dài, tiết diện, lực tác dụng và ứng suất đàn hồi

- Đối với từng dây, hãy tìm công thức liên hệ giữa các đại lượng trên

- Để biết được   l1 ? l2 thì ta phải lập được tỉ số giữa chúng

* Bài tập tự giải:

Bài tập 1: Tại sao các thanh ray của đường xe lửa được chế tạo bằng các

thanh thép chữ I?

Đáp án: Khi chịu các biến dạng nén và uốn thì các thanh thép chữ I có

giới hạn bề lớn hơn rất nhiều so với các thanh thép có hình dạng khác làm cùng bằng chất liệu và có cùng tiết diện ngang

Bài tập 2: Một thanh xà ngang bằng thép dài 5 m có tiết diện 25 cm2

Hai đầu của thanh xà được gắn chặt vào hai bức tường đối diện Hãy tình áp lực do thanh xà tác dụng lên các bức tường khi thanh xà dãn dài thêm 1,2mm do nhiệt

độ của nó tăng Thép có suất đàn hồi E= 10.1010 Pa Bỏ qua biến dạng của bức tường

Đáp án: Vì hai bức tường cố định nên khoảng cách giữa chúng là không

đổi Khi nhiệt độ tăng thì thanh xà nở dài thêm một đoạn 1,2mm Do đó thanh

xà sẽ tác dụng lên hai bức tường một lực có cường độ tính theo định luật Húc:

Đáp án: F k | | E S | | 1,5.104

o

  l  l

Bài tập 4: Một chiếc cột bê tông cốt thép chịu lực nén thẳng đứng F của

tải trọng đè lên nó Giả sử suất đàn hồi của bê tông bằng khoảng 1

10 của thép,

còn diện tích tiết diện ngang của thép bằng khoảng 1

20 của bê tông Hãy tính phần lực nén do tải trọng tác dụng lên phần bê tông của chiếc cột?

Đáp án: Theo định luật Húc, phần lực nén của tải trọng tác dụng lên phần

bê tông của chiếc cột bằng:

Bài tập 5: Khi kéo một sợi dây đồng có tiết diện ngang là 1,5 mm2, người

ta thấy dây bắt đầu bị biến dạng dẻo khi lực kéo có giá trị từ 45 N trở lên Tính giới hạn đàn hồi của đồng?

Đáp án: Giới hạn đàn hồi = Lực kéo cho phép/ tiết diện ngang = 3.107

Pa

Bài tập 6: Một dây đồng dài 3m và có đường kính 0,12 mm sẽ dài thêm

bao nhiêu dưới tác dụng của một quả nặng 150g?

Đáp án: Áp dụng công thức

Bài tập 7: Diện tích tiết diện thẳng của một dây cáp bằng thép của một

cần trục nâng đƣợc 5 tấn phải bằng bao nhiêu? Nếu giới hạn bền của dây cáp bằng thép là 7,8.108

- Ở nhiệt độ nào thì chiều dài của chúng bằng nhau?

- Ở nhiệt độ nào thì thể tích của chúng bằng nhau?