Một số phương pháp giải các bài tập thực nghiệm môn vật lí ở bậc THCS

Lí do chọn đề tài Vật lí là một bộ môn khoa học thực nghiệm, làm thế nào để dạy học tốt môn này ở bậc trung học cơ sở THCS, đồng thờibắt kịp được những đổi mới trong chương trình sách gi

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TẬP THỰC NGHIỆM MÔN VẬT LÍ Ở BẬC THCS

Người thực hiện: Lê Xuân Quang

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 42.1.1 Các khái niệm đo lường trong Vật lí 42.1.2 Các bước tiến hành thực hiện bài đo thực

2.3.2 Các dạng bài tập thực nghiệm thường gặp 8

Dạng 3: Xác định trọng lượng riêng, khối lượng

Dạng 4: Đo chiều dài, đường kính, diện tích 14

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm 172.4.1 Đánh giá hiệu quả của các giải pháp 17

1 Mở đầu

1.1 Lí do chọn đề tài

Vật lí là một bộ môn khoa học thực nghiệm, làm thế nào

để dạy học tốt môn này ở bậc trung học cơ sở (THCS), đồng thờibắt kịp được những đổi mới trong chương trình sách giáo khoa(SGK) năm mới, đó là trăn trở của các giáo viên dạy học Vật líhiện nay Đặc biệt khả năng đáp ứng các yêu cầu cuộc sống,vận dụng kiến thức đã học vào các tình huống thực tiễn lànhững hạn chế của học sinh hiện nay Ở bậc THPT, chương trìnhthi đại học dần đưa những yêu cầu về thi thực nghiệm vào cácdạng đề thi đại học Vì vậy, việc định hướng cho học sinh từ bậcTHCS về thí nghiệm là rất quan trọng

Vật lí là một môn tương đối khó so với các môn học khác,đòi hỏi phải có kiến thức cơ bản về Toán học; đồng thời là mộtmôn khoa học tương đối đặc thù liên quan đến hiện tượng vàcác quy luật tự nhiên tương đối nhiều Để dạy học tốt môn Vật

lí, học sinh tiếp thu tốt môn học này, đòi hỏi giáo viên phải có

óc quan sát nhất định, giáo dục cho học sinh cách thức làm thếnào để quan sát được các hiện tượng theo quy luật, đúc kết rađược những kết luận nhất định gắn trực tiếp với lý thuyết đượchọc

Nhiều giáo viên phổ thông đang hướng học sinh nhầm lẫnhình thức giữa Vật lí và Toán học, tức là chỉ cung cấp cho các

em các tư liệu về công thức mà không làm rõ bản chất Vật lí.Muốn dạy tốt môn Vật lí THCS, cung cấp cho học sinh cách thứcquan sát được hiện tượng tốt nhất, giáo viên phải biết hình thứchóa các bài toán đó bằng các thí nghiệm có sẵn

Theo tôi được biết, hệ thống thí nghiệm của các trườngphổ thông hiện nay tương đối hoàn thiện Tuy nhiên, để dùngcác thí nghiệm đó giáo dục trực quan hiệu quả cho học sinh thì

có lẽ chưa nhiều giáo viên làm được Nên mới xảy ra tình trạng

có nơi các bộ thí nghiệm được mua về nhưng lại không dùng Lý

do vì chúng ta cần rất nhiều thời gian để chuẩn bị cho một bàithí nghiệm, trong khi một tiết học chỉ có 45 phút với đầy đủ từhỏi bài cũ, giới thiệu bài mới, từ đặt vấn đề đến giải quyết vấn

đề bài mới

Sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường phổthông không chỉ là công việc bắt buộc, mà nó còn là một trongnhững biện pháp quan trọng giúp nâng cao chất lượng dạy học,góp phần tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh Mộttrong những tác dụng của thí nghiệm Vật lí là tạo ra sự trựcquan sinh động trước mắt học sinh; có tác dụng giúp việc dạy

học Vật lí tránh giáo điều, hình thức; góp phần giúp học sinhcủng cố niềm tin khoa học, hình thành thế giới quan duy vậtbiện chứng cho học sinh.

Tháng 7/2015, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định pháttriển Vật lí ở Việt Nam, cũng có các quỹ dành cho sự phát triển

đó, chúng ta cần xây dựng một đội ngũ đưa kiến thức thực tiễnvào cho học sinh Lúc đó, học sinh sẽ có cảm giác hứng thú hơnvới môn học, thay vì việc chỉ biết áp dụng các công thức tínhtoán mà không giải quyết được vấn đề gốc hay hiểu bản chấtVật lí như thế nào, sinh ra những hiện tượng luận nào

Sử dụng các bộ thí nghiệm trong dạy và học Vật lí ở trườngTHCS là hoạt động thường xuyên của mỗi giáo viên dạy Vật lí.Song để khai thác tốt các bộ thí nghiệm này để góp phần vàonâng cao chất lượng dạy học bộ môn thì không nhiều người làmđược và không thường xuyên làm được

Thực tế, môn Vật lí khi xây dựng nội dung chương trình đã

có SGK, đồng thời cũng có sẵn các bộ thí nghiệm gắn liền vớichủ đề của từng bài giảng, nên giáo viên gần như không phảichuẩn bị gì vì hầu như các trường đều có sẵn Việc còn lại làgiáo viên có muốn dùng để giảng dạy hay không

Dù vậy, nhưng ngoài các thí nghiệm có sẵn, giáo viên cũngcần hướng dẫn học sinh những hiện tượng luận trong tự nhiên

để các em có thể tự làm được các thí nghiệm, xem như đó làmột phần thành quả của học sinh trong quá trình nghiên cứumôn học

Tôi nghĩ, để quá trình giảng dạy môn Vật lí phổ thông đượctốt hơn, chúng ta cần có thêm nhiều thời gian dành cho thựcnghiệm, ngoài việc học trên lớp, học sinh cần có thêm mộtlượng giờ nhất định nào đó để hoàn thiện các bài toán về thínghiệm, coi thí nghiệm là một phần của môn Vật lí Xin nhấnmạnh lại, để giáo viên dạy tốt và học sinh tiếp thu tốt môn Vật

lí, cần phải có thực nghiệm và đưa thực nghiệm đó vào môn học

là cần thiết đối với chương trình phổ thông

Vai trò của thực nghiệm là rất quan trong đối với dạy họcVật lí ở nhà trường, với sự phát triển tư duy khoa học của họcsinh Các bài tập về thực nghiệm chưa được giáo viên đầu tưnghiên cứu, phát triển cho học sinh trong các kì thi, chuyên đề.Xuất phát từ những yêu cầu cấp thiết tôi đã chọn “một sốphương pháp giải các bài tập thực nghiệm môn Vật lí ở bậcTHCS” làm đề tài nghiên cứu sáng kiến kinh nghiệm của mình

1.2 Mục đích nghiên cứu

Giúp học sinh nuôi dưỡng, phát triển năng lực cá nhân,khơi dậy và phát huy sớm niềm đam mê khoa học, góp phầnnhỏ trong việc đào tạo nhân tài cho đất nước.

- Phát triển tư duy biện chứng khoa học, hình thành niềmđam mê khoa học, giúp học sinh có nhiều kĩ năng vận dụng kiếnthức Vật lí vào cuộc sống

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu thực trạng việc giải các bài tập thực nghiệmcủa học sinh khối 6 và khối 8 trường THCS thị trấn ThườngXuân, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hóa từ đó đề xuất cácgiải pháp giải quyết vấn đề nghiên cứu

1.4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận

Nhóm phương pháp này nhằm thu thập các thông tin lýluận để xây dựng cơ sở lý luận của đề tài Thuộc nhóm phươngpháp lý luận có các phương pháp nghiên cứu cụ thể sau đây:

- Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu;

4.2 Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Nhóm phương pháp này nhằm thu thập các thông tin thựctiễn để xây dựng cơ sở thực tiễn của đề tài Thuộc nhóm phươngpháp nghiên cứu thực tiễn có các phương pháp nghiên cứu cụthể sau đây:

- Phương pháp quan sát;

- Phương pháp điều tra;

- Phương pháp tổng kết kinh nghiệm giáo dục;

- Phương pháp khảo nghiệm, thử nghiệm

2 Nội dung của sáng kiến kinh nghiệm

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm

2.1.1 Các khái niệm đo lường trong Vật lí

a Khối lượng (m):

- Khái niệm : là lượng chất chứa trong vật

- Đơn vị đo : Đơn vị đo khối lượng là ki lô gam, kí hiệu kg

- Dụng cụ đo khối lượng : Cân

b Thể tích (V):

- Khái niệm : Thể tích, hay dung tích, của một vật làlượng không gian mà vật ấy chiếm Thể tích có đơn vị đo là lậpphương của khoảng cách (khoảng cách mũ 3)

- Đơn vị đo: Trong hệ đo lường quốc tế, do đơn vị đocủa khoảng cách là mét, đơn vị đo của thể tích là mét khối, kýhiệu là m³

- Dụng cụ đo thể tích: Bình chia độ, những dụng cụ có tácdụng như bình chia độ

c Khối lượng riêng (D):

- Khái niệm : là khối lượng của một mét khối chất

- Đơn vị đo khối lượng riêng : kg/m3

- Dụng cụ đo khối lượng riêng : đo khối lượng, đo thể tíchchất Xác định khối lượng riêng của một chất theo công thức :

V

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

m là khối lượng của vật (kg)

Trong đó : d là trọng lượng riêng (N/m3)

m là khối lượng của vật (kg)

V là thể tích của vật (m3)

P là trọng lượng của vật (N)

e Nhiệt dung riêng (c) :

- Khái niệm : Nhiệt dung riêng của một chất cho biết nhiệtlượng cần truyền cho 1kg chất đó để nhiệt độ tăng thêm 1oC(1K)

- Đơn vị đo : J/kg.độ hoặc J/kg.K

- Dụng cụ đo : Đo một cách gián tiếp

g Độ dài (l) :

- Khái niệm : là khái niệm cơ bản chỉ trình tự củacác điểm dọc theo một đường nằm trong không gian và đolượng (nhiều hay ít) mà điểm này nằm trước hoặc sau điểm kia.Trong ngôn ngữ thông dụng, chiều dài là một trường hợpcủa khoảng cách

- Đơn vị đo : mét (m)

- Dụng cụ đo : Thước

2.1.2 Các bước tiến hành thực hiện bài đo thực nghiệm

a Bước 1 : Cơ sở lí thuyết của phép đo :

- Phân tích cách thức thực hiện phép đo các đại lượng thựcnghiệm

- Tìm mối liên hệ giữa các dụng cụ đã cho và các đại lượngvật lí có liên quan

- Biến đổi, tìm ra công thức tính đại lượng thực nghiệm

b Bước 2 : Các bước tiến hành thí nghiệm :

- Thực hiện các bước thí nhiệm để đo các đại lượng vật lítrực tiếp hoặc gián tiếp liên quan đến đại lượng cần đo.

- Chú ý đến việc tiến hành thí nghiệm theo đúng cách đo,chú ý đến cách thực hiện để đem lại hiệu quả cao, phép đochính xác

- Áp dụng công thức để tính giá trị đại lượng cần đo

c Bước 3 : Đánh giá sai số của phép đo :

- Sai số liên quan đến dụng cụ đo

- Sai số liên quan đến người đo

- Sai số liên quan đến việc tính toán

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

2.2.1 Thuận lợi

Học sinh THCS nói chung và học sinh THCS Thị trấn nóiriêng có những thuận lợi trong quá trình giảng dạy, giúp thầy vàtrò hoàn thành tốt nhiệm vụ năm học được thể hiện ở nhữngmặt sau :

- Được sự quan tâm của nhà trường, phân công giảng dạyđúng chuyên môn, được tham gia các lớp tập huấn chuyên môn

2.2.2 Khó khăn

Tuy có nhiều thuận lợi nhưng trên địa bàn của huyện miềnnúi khó khăn, điều kiện dạy và học còn gặp rất nhiều khó khăn,nhất là đối với môn học tự nhiên như môn Vật lí Các khó khănảnh hưởng rất nhiều đến việc nâng cao chất lượng dạy và họccủa nhà trường, thể hiện ở những mặt sau :

- Do nhiều lý do nên giáo viên vẫn còn dạy học theo lốitruyền thống, truyền thụ kiến thức theo lối một chiều, chưamạnh dạn trong việc đổi mới phương pháp dạy học (PPDH) Một

số giáo viên có ý thức đổi mới PPDH nhưng chỉ mang tính đốiphó khi có thao giảng, dự giờ, kiểm tra

- Trong quá trình dạy học còn nặng về truyền thụ lýthuyết, ít vận dụng kiến thức vào thực tiễn cuộc sống, ít cho họcsinh thực hành thí nghiệm mà chủ yếu là thí nghiệm biểu diễncủa giáo viên

- Một bộ phận học sinh có ý thức tự học còn thấp, năng lựctiếp thu bài chưa tốt để có thể học tập tốt nội dung giáo viêntruyền thụ và có thể trả lời tốt các câu hỏi của giáo viên Vẫncòn một số học sinh thiếu tôn trọng đối với giáo viên, tỏ thái độkhông tốt khi được giáo viên nhắc nhở.

- Phương pháp học tập của học sinh chưa phù hợp với đặcthù bộ môn, thụ động trong học tập, tái hiện một cách máy mócdập khuôn những gì giáo viên giảng, lười suy nghĩ tìm tòi sángtạo

- Còn nhiều học sinh chưa chú tâm vào việc thực hiệnnhiệm vụ của giáo viên giao trên lớp, làm bài tập ở nhà, lười suynghĩ, lười chép bài hoặc chép qua loa cho có lệ Đa số học sinhkhông học bài cũ, không nghiên cứu bài mới trước khi đến lớp

- Nhiều học sinh mất căn bản về kiến thức toán học nênkhi gặp những bài toán khó có liên quan nhiều đến kiến thứctoán học thì các em lại không làm bài được Từ đó dẫn đến chấtlượng học tập Vật lí của các em thấp

- Một bộ phận gia đình học sinh chưa quan tâm nhiều đếnviệc học tập của các em, thiếu sự phối hợp với nhà trường trongviệc giáo dục con em mình

2.2.3 Kết quả nghiên cứu thực trạng trước khi sử dụng phương pháp

Để nghiên cứu thực trạng vấn đề nghiên cứu, tôi đã tiếnhành khảo sát trên học sinh bậc THCS ở trường THCS Thị trấnThường Xuân, kết quả đạt được như sau :

Kết quả học tập của học sinh đối với bài thực hành thínghiệm đầu năm học 2019-2020

Khối 6 – Sĩ số : 94 Kết quả SL GiỏiTỉ lệ SL KháTỉ lệ Trung bìnhSL Tỉ lệ SLYếu, kémTỉ lệ

các kĩ năng cơ bản

trong các bài thực

hành Vật lí

Số lượn g hoàn thàn

h rất tốt

Tỉ lệ (%)

Số lượn g hoàn thàn h

Tỉ lệ (%)

Số lượng hoàn thành một phần

Tỉ lệ (%)

Số lượn g chưa hoàn thàn h

Tỉ lệ (%)

- Học sinh chưa được học tập theo hướng tích cực, chấtlượng các bài thực hành còn thấp, đặc biệt là học sinh khối 6chưa có tư duy về khoa học thực nghiệm

- Bản thân học sinh vẫn còn thiếu sáng tạo, chưa thấy rõvai trò của các môn học thực nghiệm trong nhà trường

- Chương trình học còn hạn chế, thiếu tính mở, nhà trườngvẫn chỉ dựa vào sách giáo khoa để đánh giá quá trình dạy họcnên làm hạn chế tính sáng tạo của giáo viên Qua các bài họcvẫn chưa trang bị đầy đủ các kĩ năng cho học sinh

- Chất lượng, số lượng thiết bị thiếu thốn, xuống cấp donhiều năm đầu tư và thiếu sự đầu tư, bổ sung thường xuyên

2.3 Giải pháp thực hiện

2.3.1 Nội dung của phương pháp

Phương pháp đo các bài thực nghiệm được phân loại, sắpxếp theo trật tự logic nhất định Các đại lượng đo trực tiếp đượcsắp xếp cho học sinh làm quen, thực hành trước khi tiến hành

đo các đại lượng gián tiếp Mỗi dụng cụ có cách sử dụng khácnhau, được sản xuất theo từng thời kì lịch sử nên việc cập nhậtcách sử dụng là rất quan trọng đối với giáo viên Hơn nữa cácbài thực hành cần có phòng chức năng, cần sự chuẩn bị trước

về dụng cụ nên các nhà trường cần được bổ sung đầy đủ các bộphụ trách thí nghiệm Theo chương trình Vật lí bậc THCS có thểphân loại, sắp xếp chúng thành các dạng cơ bản như sau:

2.3.2 Các dạng bài tập thực nghiệm thường gặp

Dạng 1: Đo khối lượng

* Cách đo khối lượng bằng đòn bẩy

- Biến đổi phương, chiều và độ lớn của lực

- Đòn bẩy cân bằng khi các lực tỉ lệ nghịch với cánh tayđòn

* Cách đo khối lượng bằng lực kế

- Lực đàn hồi xuất hiện khi lò xo biến dạng

- Độ lớn của lực đàn hồi tỉ lệ với độ biến dạng của lò xo

- Cách đo khối lượng bằng lò xo:

+ Treo vật vào lực kế đặt trong không khí, lực kế chỉ: P(trọng lượng)

+ Nhúng vật vào chất lỏng có lực đẩy acsimet: FA

+ Độ lớn của lực đàn hồi là: F đh=P−F A

Biết được hai đại lượng ta có thể xác định được khối lượngcủa vật

* Bài tập minh hoạ

Bài tập 1: Đo khối lượng khối gỗ Dụng cụ gồm: Giá thí nghiệm;

Đòn bẩy, có chia chiều dài theo milimet; Lực kế có giới hạn đonhỏ hơn trọng lượng của khối gỗ

Giải:

l1 l2

O

Bước 1: Cơ sở lí thuyết:

- Phân tích: Khối lượng có thể đo trực tiếp bằng cân hoặclực kế, nhưng do dụng cụ không có cân Mặt khác, lực kế có giớihạn đo nhỏ hơn trọng lượng của khối gỗ, không thể đo khốilượng một cách trực tiếp

- Dụng cụ đo có đòn bẩy, vậy có thể dùng đòn bẩy để đokhối lượng một cách gián tiếp

Bước 2: Các bước tiến hành:

- Móc khối gỗ vào một đầu đòn bẩy,

móc lực kế vào đầu còn lại, sao cho cánh

tay đòn phía lực kế dài hơn bên phía

- Chú ý: Dù thanh có khối lượng hay không thì phép đo

vẫn đúng khi ta đặt điểm tựa là trọng tâm O của thanh

Bước 3: Đánh giá sai số:

- Sai số do người quan sát không nhìn vuông góc với vạchchia của đòn bẩy, vạch chia của lực kế

- Sai số do không chọn điểm tựa là trọng tâm của thanh,trọng lượng của thanh sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của phépđo

Bài tập 2: Đo khối lượng cây thước Dụng cụ: Quả cân, cái nêm

để tạo điểm tựa và thước cần đo khối lượng

Giải:

Bước 1: Cơ sở lí thuyết:

- Phân tích: Khối lượng có thể đo trực tiếp bằng cân hoặclực kế, nhưng do dụng cụ không có cân, không có lực kế, khôngthể đo khối lượng một cách trực tiếp

- Dụng cụ đo không có đòn bẩy, nhưng thước cần đo khốilượng có thể dùng làm đòn bẩy, vậy có thể dùng đòn bẩy để đokhối lượng một cách gián tiếp

Bước 2: Các bước tiến hành:

- Đặt thước trên nêm, xê dịch thước

sao cho thước nằm thăng bằng, đánh dấu

vị trí trọng tâm của thước tại G (điểm đặt

trọng lực của thước)

l1 l2

O

Hình 1

l1 l2

O G

Hình 2

.

- Đặt 1 quả cân lên một đầu thước, xê dịch thước để xácđịnh vị trí điểm tựa O sao cho thước nằm ngang thăng bằng.

- Dùng thước đo khoảng cách từ O đến quả cân là l 1, đo

Bước 3: Đánh giá sai số:

- Sai số do người quan sát không nhìn vuông góc với vạchchia của đòn bẩy, vạch chia của lực kế

- Do khi đo khoảng cách từ các điểm tựa, không đo từ tâmcủa quả cân đến các vị trí đánh dấu

* Bài tập vận dụng

Bài 1: Đo khối lượng của chiếc bút bi (gần đúng) Cho các dụng

cụ:

- Cân thăng bằng và quả cân 10 g

- Bao diêm đầy chứa các que diêm có khối lượng rất gầnbằng nhau

Bài 2: Em hãy xác định trọng lượng của một vật nhưng chỉ có

một lực kế lò xo có giới hạn nhỏ hơn nhiều so với trọng lượngcủa vật Hãy suy nghĩ xem cần có thêm dụng cụ đơn giản nào

để có thể dùng với lực kế xác định trọng lượng của một vật nóitrên

Bài 3: Xác định khối lượng trung bình của một hạt thóc Với

dụng cụ gồm: một ống nghiệm chia độ, một bình hình trụ đựngnước, một nắm thóc

Bài 4: Một lọ thuỷ tinh chứa đầy thuỷ ngân, được nút chặt bằng nút thuỷ tinh.

Hãy nêu phương án xác định khối lượng thuỷ ngân trong lọ mà không mở nút ra.Biết khối lượng riêng của thuỷ ngân và thuỷ tinh lần lượt là D1 và D2 Cho cácdụng cụ: cân, bình chia độ và nước

Bài 5: Hãy tìm phương án xác định khối lượng của một thanh sắt nhỏ Dụng cụ:

Đèn cồn; Bình đun; Cốc; Chậu nước; Nhiệt kế; Bình có chia độ; Nhiệt lượng kếbằng đồng có khối lượng đã biết (có thể dùng bảng nhiệt dung riêng của các chất

Bài tập 1: Cho các dụng cụ gồm: Cân, hộp quả cân, cốc nước

có khối lượng riêng D đã biết, một cốc cần xác định thể tích.Hãy trình bày cách tiến hành xác định thể tích bên trong củacốc

Giải:

Bước 1: Cơ sở lí thuyết:

- Phân tích: Thể tích bên trong của cốc chính là thể tíchcủa nước chứa đầy trong cốc, thay vì đo thể tích bên trong củacốc ta tiến hành đo thể tích của nước chứa đầy trong cốc

- Nhận xét: Dụng cụ cho bao gồm: cân, quả cân, vì vậyviệc đo thể tích trực tiếp là không thể thực hiện được Ta phải

đo thông qua phương pháp gián tiếp

- Thể tích của cốc nước đầy:

Bước 2: Các bước tiến hành:

- Dùng cân và hộp quả cân xác định khối lượng cốc là m1

- Đặt cốc thẳng đứng, đổ đầy nước vào cốc, dùng cân xácđịnh xác định khối lượng của cốc chứa đầy nước là m2

- Thay khối lượng riêng của nước là D, khối lượng m1 và m2

vừa xác định vào công thức (*), ta xác định được thể tích bêntrong của cốc theo công thức (*)

Bước 3: Đánh giá sai số:

- Để chính xác ta phải đặt cốc thẳng đứng, rót nước vừatràn cốc

- Cần chú ý điều chỉnh cân cho thật thăng bằng để đảmbảo độ chính xác cao của thí nghiệm

Bài tập 2: Trình bày cơ sở lí thuyết và cách tiến hành thí

nghiệm xác định thể tích của chiếc đục Cho dụng cụ gồm: 1thước gỗ thẳng, cứng loại 500 mm, 1 quả cân tuỳ chọn tronghộp quả cân, một chiếc đục thép, 1 sợi dây, 1 bình nước

Giải:

Bước 1: Cơ sở lí thuyết:

- Điều kiện cân bằng của đòn bẩy: