Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập thí nghiệm nhằm phát triển tư duy học sinh trong dạy học chương chất khí vật lý 10 thpt luận văn thạc sỹ vật lý

Ch ng 1 BÀI TẬP THÍ NGHIỆM BỒI DƯỠNG TƯ DUY VẬT LÝ TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 1 1 T uy trong y họ V t 1.1.1.Kh i niệ v đặ điể ủa t uy “ Tư duy Vật lý là sự quan sát các h

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Thầy hướng dẫn PGS.TS Hà Văn Hùng đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Xin cảm ơn sự nhiệt tình của Ban Giám Hiệu và các Thầy bộ môn Vật lý của trường THPT Chu Văn An đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian tiến hành thực nghiệm sư phạm của Luận văn

Tôi biết ơn sự động viên, giúp đỡ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong suốt quá trình hoàn thành luận văn

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng luận văn vẫn khó tránh khỏi sai sót Tôi rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp quý báu từ phía bạn đọc

Tác giả

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Giả thuyết khoa học 2

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

6 Phương pháp nghiên cứu 2

7 Đóng góp mới của luận văn 2

8 Cấu trúc của luận văn 3

Ch ng 1: BÀI TẬP THÍ NGHIỆM BỒI DƯỠNG TƯ DUY VẬT LÝ TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 4

1.1 Tư duy trong dạy học vật lý 4

1.1.1 Khái niệm và đặc điểm của tư duy 4

1.1.2 Mối liên hệ tư duy vật lý với việc bồi dưỡng năng lực nhận thức cho học sinh 6

1.1.3 Các biện pháp bồi dưỡng tư duy vật lý trong dạy học 9

1.2 Bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lý 12

1.2.1 Khái niệm bài tập thí nghiệm 12

1.2.2 Phân loại bài tập thí nghiệm 12

1.3 Bài tập thí nghiệm với việc bồi dưỡng tư duy vật lý cho học sinh trong dạy học ở trường phổ thông 15

1.3.1 Các thao tác và hành động tư duy trong giải bài tập thí nghiệm vật lý 15

1.3.2 Bài tập thí nghiệm – phương tiện bồi dưỡng tư duy vật lý trong dạy học 17

Kết luận chương 1 18

Ch ng 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM DẠY HỌC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ LỚP 10 NHẰM PHÁT TRIỂN TƯ DUY CHO HỌC SINH 19

2.1 Phân tích nội dung và phương pháp giảng dạy chương “ Chất khí” Vật lý 10 19

2.1.1 Đặc điểm và cấu trúc nội dung của chương “Chất khí” 19

2.1.2 Nội dung kiến thức cơ bản và kỹ năng học sinh cần đạt dược 21

2.2 Nghiên cứu xây dựng hệ thống bài tập thí nghiệm chương “ Chất khí” Vật lý 10 22

2.2.1 Mục đích, yêu cầu 22

2.2.2 Phương pháp xây dựng bài tập thí nghiệm 23

2.2.3 Hệ thống bài tập thí nghiệm 23

2.2.3.1 Bài tập thí nghiệm định tính 23

2.2.3.2 Bài tập thí nghiệm định lượng 37

2.3 Phương pháp sử dụng Bài tập thí nghiệm dạy học chương “ Chất khí” 59

2.3.1 Sử dụng bài tập thí nghiệm trong tiết luyện tập, ôn tập 59

2.3.2 Tổ chức luyện tập dưới hình thức giao bài tập cho nhóm 69

2.3.3 Kiểm tra đánh giá 76

Kết luận chương 2 78

Ch ng 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 79

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 79

3.1.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm 79

3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm 79

3.3 Phương pháp của thực nghiệm sư phạm 79

3.3.1 Lựa chọn lớp thực nghiệm và lớp đối chứng 79

3.3.2 Chuẩn bị thực nghiệm 79

3.4 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 80

3.4.1 Lựa chọn tiêu chí đánh giá 80

3.4.2 Kết quả thực nghiệm 80

Kết luận chương 3 86

KẾT LUẬN CHUNG 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

BTTN Bài tập thí nghiệm

ĐC Đối chứng

GV Giáo viên

HS Học sinh SBT Sách bài tập SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thông

TN Thực nghiệm

KHTN Khoa học tự nhiên

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Thí nghiệm Vật lý có vai trò quan trọng trong dạy học Vật lý Nó làm tăng tính hấp dẫn của môn học, giúp học sinh hiểu sâu sắc hơn các kiến thức Vật

lý đã học và góp phần rèn luyện kỹ năng nghiên cứu khoa học cho học sinh Nó

là cơ sở để kiểm tra tính đúng đắn của lý thuyết và giúp học sinh hiểu rõ được bản chất Vật lý của các hiện tượng tự nhiên Và từ đó làm cho các em say mê tìm tòi nghiên cứu khoa học

Do điều kiện kinh tế còn nhiều khó khăn, phòng thí nghiệm Vật lý của các trường còn nghèo nàn nên đã làm cho học sinh hạn chế tiếp xúc với các thí nghiệm Vật lý Tuy nhiên, để các em gần gũi với các thí nghiệm Vật lý, làm tăng tính hấp dẫn của môn học thì Bài tập thí nghiệm Vật lý rất cần thiết Bài tập thí nghiệm Vật lý đòi hỏi các em phải làm thí nghiệm mới giải được Nó cũng là một trong những bài tập sáng tạo, nhằm phát triển tư duy và hình thành kĩ năng nghiên cứu khoa học, nhận thức được vấn đề một cách sâu sắc, góp phần hình thành nhân cách của học sinh

Bài tập thí nghiệm Vật lý có vai trò rất quan trọng Trong Vật lý lớp 10 trung học phổ thông, chương “ Chất khí ” là cơ sở của các khái niệm Vật lý như khái niệm nhiệt độ, áp suất, thể tích,…là chương trọng tâm của phần Nhiệt học

Trên cơ sở đó, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là Xây ựng v sử ụng hệ

thống i t p thí nghiệ nhằ ph t triển t uy ho họ sinh trong y

họ h ng “ hất khí” V t 10 trung họ phổ th ng

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập thí nghiệm Vật lý dạy học chương

“chất khí” nhằm phát triển tư duy cho học sinh

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu là bài tập thí nghiệm Vật lý

- Phạm vi nghiên cứu chỉ giới hạn trong chương “ chất khí” Vật lý 10

4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Nếu xây dựng và sử dụng có hiệu quả hệ thống bài tập thí nghiệm dạy học chương “ Chất khí” Vật lý lớp 10 thì sẽ phát triển được tư duy trong dạy học Vật

lý cho học sinh trung học phổ thông

5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Nhiệm vụ nghiên cứu được xác định cụ thể như sau:

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về tâm lý học, về tư duy và phát triển tư duy

- Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc sử dụng bài tập thí nghiệm Vật lý nhằm phát triển tư duy học sinh

- Xây dựng một số bài tập thí nghiệm Vật lý chương “ chất khí” phát triển

tư duy học sinh

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm để đánh giá kết quả thí nghiệm

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

6.1 Nghiên cứu lý luận: Tham khảo các tài liệu, văn bản có liên quan

6.2 Nghiên cứu thực tiễn

6.3 Thực nghiệm sư phạm

6.4 Dùng phương pháp thống kê toán học để phân tích, đánh giá

7 ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN

Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập thí nghiệm Vật lý góp phần phát triển

tư duy, phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh trung học phổ thông

8 CẤU TRÖC CỦA LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn được chia làm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận của đề tài

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

“ Chất khí” Vật lý lớp 10 nhằm phát triển tư duy cho học sinh

- Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Ch ng 1 BÀI TẬP THÍ NGHIỆM BỒI DƯỠNG TƯ DUY VẬT LÝ

TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

1 1 T uy trong y họ V t

1.1.1.Kh i niệ v đặ điể ủa t uy

“ Tư duy Vật lý là sự quan sát các hiện tượng vật lý, phân tích một hiện tượng phức tạp thành những bộ phận đơn giản và xác lập giữa chúng những mối quan hệ định tính và định lượng của các hiện tượng và các đại lượng vật lý,

dự đoán các hệ quả mới từ các thuyết và vận dụng sáng tạo những kiến thức khái quát thu được từ thực tiễn”[7]

Các hiện tượng vật lý trong tự nhiên diễn ra rất phức tạp,nhưng những định luật chi phối chúng lại rất đơn giản, vì mỗi hiện tượng thường bị nhiều yếu

tố tác động nối tiếp nhau hoặc chồng chéo lên nhau ta chỉ quan quát được kết quả tổng hợp cuối cùng Cho nên, muốn nhận thức đầy đủ những đặc tính, bản chất và quy luật vận động của hiện tượng tự nhiên thì việc đầu tiên ta phải phân tích các hiện tượng phức tạp thành những bộ phận, những giai đoạn mà chúng chỉ bị chi phối, phụ thuộc bởi một số ít nguyên nhân, yếu tố, tốt nhất là một nguyên nhân, một yếu tố Có như vậy, thì việc xác lập được mối quan hệ, đặc tính, bản chất của các hiện tượng, đại lượng vật lý sẽ dễ dàng hơn về mặt định tính cũng như định lượng

Quá trình tư duy vật lý có thể chia thành 4 giai đoạn:

- Tập hợp các sự kiện từ đó xây dựng mô hình của các sự kiện ấy

- Đề xuất giả thuyết hay xây dựng mô hình của các sự kiện

- Từ mô hình suy luận logic chặt chẽ hoặc dung các công cụ của toán học

để suy ra các hệ quả

- Dùng thực nghiệm để kiểm tra lại hệ quả

Quá trình nghiên cứu vật lý của học sinh có rất nhiều phương pháp nhận thức, nhiều hình thức tư duy và sử dụng các dụng cụ thiết bị khác nhau, nhưng ta

có thể hiểu tư duy vật lý dưới hai góc độ sau:

- Tư duy lý thuyết: là hình thức của tư duy logic và thao tác tư duy

- Tư duy logic: là loại tư duy tuân theo các quy tắc, quy luật của logic học một cách chặt chẽ, chính xác, không phải sai lầm trong các lập luận, biết phát hiện ra các mâu thuẫn, nhờ đó mà nhận thức được đúng đắn chân lý khách quan

C thao t t uy: Quá trình tư duy bao gồm các thao tác trí tuệ hay

còn gọi là các thao tác tư duy, ta có các thao tác tư duy như: phân tích, tổng hợp,

so sánh, trừu tượng hóa, khái quát hóa, …

Phân tích: là dùng trí óc tách đối tượng tư duy thành những thuộc tính,

những bộ phận, các mối liên hệ, quan hệ để nhận thức đối tượng được chặt chẽ, sâu sắc hơn Thế giới khách quan luôn tồn tại xung quanh ta, nó là tổng thể các

sự vật, hiện tượng đan xen nguyên vẹn với nhau mà mỗi sự vật, hiện tượng bao gồm nhiều bộ phận, giai đoạn riêng biệt với các dấu hiệu và thuộc tính khác nhau Các bộ phận của từng sự vật đều có mối quan hệ nhất định với nhau Vì vậy, để nhận thức một cách trọn vẹn sự vật thì cần phải phân tích nghiên cứu các mối quan hệ đó

Tổng hợp: là một thao tác tư duy mà học sinh dung trí óc để tổng hợp

những bộ phận vừa phân tích thành một chỉnh thể hoàn chỉnh, quá trình tổng hợp diễn ra ngược với quá trình phân tích Thao tác tư duy tổng hợp sẽ giúp học sinh nhận thức sự vật hiện tượng vật lý một cách tổng quá hơn

Phân tích và tổng hợp:là hai thao tác tư duy gắn bó mật thiết không thể tách rời nhau, có phân tích thì sẽ có tổng hợp , không có phân tích thì không có tổng hợp, phân tích là cơ sở của tổng hợp, tổng hợp diễn ra trên cơ sở của phân tích

So sánh: là thao tác suy nghĩ , lập luận để xác định sự giống nhau và

khác nhau của sự vật , hiện tượng sau khi đã phân tích từ đó giúp học sinh nắm

rõ bản chất của sự vật, hiện tượng , có so sánh thì quá trình nhận thức vật lí của

HS mới tiến bộ phân tích , tổng hợp thường đi kèm với so sánh khi phân tích sự vật nhờ có so sánh mới thấy được sự khác biệt của các bộ phận tiếp theo dùng thao tác tổng hợp liên kết tất cả chúng lại thành một chính thể thống nhất

Trừu tượng hóa: là thao tác tư duy trong đó HS dùng đầu óc để vạch ra

và loại bỏ những dấu hiệu, những bộ phận , thuộc tính không cần thiết về một phương diện nào đó của sự vật , hiện tượng chỉ giữ lại những yếu tố , thuộc tính cho tư duy mà thôi

Khái quát hóa: là thao tác trí tuệ trong đó HS bao quát nhiều đối tượng

khác nhau thành một nhóm, một loại trên cơ sở đó chúng ta có những bản chất thuộc tính giống nhau, mối liên hệ có tính thống nhất , quy luật kết quả khái quát hóa cho HS cái nhìn tổng quát về sự vật , hiện tượng vật lý

1.1.2 Mối iên hệ t uy v t v i việ ồi ỡng n ng ự nh n thứ ho

họ sinh

Trong dạy học vật lý ,GV cần tổ chức quá trình lĩnh hội kiến thức cho HS phù hợp với con đường biện chứng của quá trình nhận thức vật lý Trong đó mối quan hệ giữa tư duy vật lý và quá trình nhận thức vật lý là rất quan trọng rồi từ

đó bồi dưỡng năng lực nhận thức Để quá trình nhận thức vật lý của HS được thành công thì HS cần phải thành thạo các phương pháp nhận thức vật lý do GV hướng dẫn và hình thành

Phương pháp nhận thức vật lý là những phương pháp khoa học được sử dụng trong quá trình nghiên cứu vật lý để xây dựng hệ thông kiến thưc vật lý Việc định hướng hoạt động nhận thức của HS trong học tập theo con đường của nhận thức khoa hoc với việc áp dụng lý thuyết gần đúng “ vùng phát triển” của Vưgốtxki có thể bồi dương cho HS trực giác khoa học

Tư duy vật lý và phương pháp nhận thức có mối quan hệ mật thiết, không thể tách rời và hỗ trợ lẫn nhau Khi sử dụng phương pháp nhận thức thì phải cần một loạt thao tác tư duy là góp phần phát triển và bồi dưỡng năng lực nhận thức

- Phương pháp suy diễn

- Phương pháp quy nạp – suy diễn

- Phương pháp trừu tượng hóa , phương pháp khái quát hóa , phương pháp cụ thể hóa

Nhóm phương pháp riêng rộng

- Phương pháp thực nghiệm vật lý , quan sát, thí nghiệm, đo lường …

- Phương pháp lý thuyết: phương pháp tương tự, phương pháp mô hình, phương pháp thí nghiệm tưởng tượng

Nhóm phương pháp riêng hẹp

- Phương pháp động lực học, phương pháp định luật bảo toàn

- Phương pháp giản đồ vectơ , phân tích quan phổ

Trong đó phương pháp thực nghiệm vật lý có mối quan hệ đặc biệt với

tư duy vật lý được thể hiện qua bảng dưới đây [14]

Bảng 1 Các thao tác trí tuệ và thực hành trong hoạt động nhận thức

khoa học bằng phương pháp thực nghiệm [14]

Đề xuất vấn đề Quan sát , đo đạc , ghi

chép số liệu theo bảng tính , tính toán và xử lý

số liệu

Phân tích , so sánh , tổng hợp, khái quát hóa

Hình thành giả thuyết Phân tích , so sánh , đối

chiếu, trừu tượng hóa , khái quát hóa

Suy ra hệ quả Lôgic Phân tích , so sánh , đối

chiếu cụ thể hóa ( suy diễn lôgíc và toán học) Tiến hành

thí

nghiệm

kiểm tra

Xây dựng phương án thí nghiệm

Vẽ đồ thị thí nghiệm Phân tích , so sánh , đối

chiếu cụ thể

Tiến hành thí nghiệm

Lựa chọn dụng cụ, lắp ráp dụng cụ thí nghiệm , tiến hành thí nghiệm quan sát, đo đạt ghi chép

Xử lý kết quả

Lập bảng vẽ đồ thị, tinh toán , đánh giá sai số

quát hóa Vận dụng Quan sát tình huống mới,

thí nghiệm mới

Cụ thể hóa

Có những phương pháp nặng về tư duy lý thuyết có những phương pháp nặng về tư duy thực hành Nhận thức theo phương pháp thực nghiệm vật lý học là sự thống nhất biện chứng giữa tư duy lý thuyết và tư duy thực hành

1.1.3 C iện ph p ồi ỡng t uy v t trong y họ

Vật lý là môn khoa học thực nghiệm nên trong quá trình dạy học vật ký nhiệm vụ quan trọng hành đầu là bồi dưỡng tư duy vật lý cho HS GV có thể tổ chức , điều khiển miễn sao là HS lĩnh hội kiến thức vật lý một cách tốt nhất trong dạy học GV có thể dùng một số biện pháp sau để bồi dưỡng và phát triển

tư duy vật lý cho HS

1.1.3.1 Tạo nhu cầu hứng thú , kích thích sự ham muốn hiểu biết của HS

Tư duy là quá trình tâm lý diễn ra trong đầu HS tư duy chỉ có hiệu quả khi HS tự giác mang hết suc mình để thực hiện và tư duy chỉ bắt đầu khi trong đầu HS xuất hiện một câu hỏi mà chưa có lời giải đáp ngay, khi HS gặp mâu thuẫn giữa một bên là nhu cầu , nhiệm vụ nhận thức mới phải giải quyết và một bên là trình độ kiến thức hay khả năng hiểu biết hiện có không đủ để giải quyết nhiệm vụ đó, cần phải xây dựng kiến thức mới , tìm giải pháp mới lúc đó HS vừa ở trạng thái tâm lý hơi căng thẳng vừa hứng thú , khao khát vượt qua khó khăn, giải quyết được mâu thuân đế đạt được một trình độ cao hơn trên con đường nhận thức [7]

Trong quá trình dạy học vật lý GV có thể tạo ra nhu cầu , hứng thú bằng cách kích thích bên ngoài như: khen thưởng, sự ngưỡng mộ của bạn bè, gia đình, chỉ ra một tương lai tốt đẹp … ngoài ra cũng có thể tạo hứng thú ngay trong quá trình học tập bằng cách đặt HS vào các tình huống học tập : tình huống phát triển, tình huống lựa chọn, tình huống bế tắt, tình huống ngạc nhiên bất ngờ, tình huống lạ…

1.1.3.2 Xây dựng một lôgic nội dung phù hợp với đối tượng HS

Chương trình vật lý phổ thông ở nước ta được xây dựng theo mô hình đồng tâm có 3 vòng : vòng 1 vật lý 6 – 7 , vòng 2 vật lý 8 -9 , vòng 3 vật lý 10- 11-12

Lượng kiến thức cũng được các nhà xây dựng nội dung SGK chọn lọc phù hợp với mặt bằng nhận thức của HS cả nước nhưng vẫn đảm bảo tính khoa học và hiện đại Mặc dù, lượng kiến thức vật lý phổ thông đã được trình bày lôgic ,đơn giản , dể hiểu hơn so với vật lý hiện đại nhưng ta lại yêu cầu HS phải

tự lực hoạt động để xây dựng và chiếm lĩnh kiến thức Tuy nhiên , đối với mỗi đối tượng HS cụ thể ở từng vùng, từng trường , từng lớp thì khả năng nhận thức khác nhau Do đó sau khi chọn được một nội dung phù hợp thì GV còn phải lựa chọn, con đường hoạch định con đường hình thành thích hợp với năng lực nhận thức , những nét riêng của HS mình Có thể phân chia vấn đề lớn thành một chuỗi vấn đề nhỏ mà HS có thể tự giải quyết với sự hướng dẫn cần thiết của

GV Xét về mặt này thì đòi hỏi GV phải nhiệt tình, tâm huyết với nghề và luôn luôn sáng tạo trong quá trình dạy học chứ không chỉ nhắc đi, nhắc lại như lối dạy học giảng giải minh họa, truyền thụ một chiều

1.1.3.3 Rèn luyện cho HS kĩ năng thực hiện các thao tác tư duy, những hành động nhận thức phổ biến trong học tập vật lý

Trong quá trình nhận thức vật lý HS phải thường xuyên thực hiện các thao tác chân tay ( lắp ráp thí nghiệm , đo đạt…) , thao tác tư duy ( phân tích , tổng hợp…) , các hành động nhận thức ( xác định đặc tính bản chất…) nên việc điều khiển, tổ chức để HS rèn luyện các thao tác đó cũng gặp khó khăn, GV khó khăn quan sát hết các hành động của HS khi làm thí nghiệm cũng như không trực tiếp uốn nắn, sửa sai Mặt khác, HS không thể quan sát hành động trí tuệ của GV mà bắt chước Vì thế , GV có thể sử dụng một số định hướng sau giúp

HS tự lực thực hiện tốt các thao tác tư duy [7]

GV tổ chức quá trình học tập sao cho ở từng giai đoạn , xuất hiện những tình huống bắt buộc HS phải thực hiện các thao tác tư duy và hành động nhận thức mới có thể giải quyết được vấn đề và hoàn thành được nhiệm vụ học tập

GV được ra những câu hỏi định hướng cho HS tìm những thao tác tư duy

GV phân tích câu trả lời của HS , chỉ ra chổ sai của họ trong khi thực hiện các thao tác tư duy và hướng dẫn cách sửa chữa

GV giúp HS khái quát hóa kinh nghiệm thực hiện các suy luận lôgic dưới dạng những quy tắc đơn giản

Tập dượt để HS giải quyết vấn đề nhận thức theo phương pháp nhận thức của vật lý

Để rèn luyện tư duy vật lý cho HS thì tốt nhất là tập dượt cho họ giải quyết các nhiệm vụ nhận thức bằng chính phương pháp của các nhà vật lý Đối với HS con đường tìm kiếm kiến thức quan trọng hơn những kiến thức cụ thể Vì lẽ đó trong quá trình hướng dẫn HS tự lực tái tạo kiến thức vật lý thì GV phải làm cho họ hiểu nội dung của các phương pháp vật lý và sử dụng các phương pháp này ở các mức độ phù hợp với trình độ của HS và điều kiện của nhà trường Sau nhiều lần áp dụng các phương pháp nhận thức cụ thể , GV

có thể giúp HS khái quát hóa thành các trình tự các giai đoạn của mỗi phương pháp, dùng làm cơ sở định hướng tổng quát cho hoạt nhận thức vật lý của HS

Ở trường phổ thông GV có thể sử dụng phương pháp nhận thức vật lý như: phương pháp thực nghiệm , phương pháp mô hình , phương pháp tương tự

1.1.3.4 Rèn luyện ngôn ngữ cho HS

“Tư duy luôn luôn phản ánh các mối quan hệ giữa các vật thể dưới hình thức lời nói” (P.A.Ruđich) Ta đã biết mỗi khái niệm khoa học nói chung, vật lý nói riêng đều được diễn đạt bằng ngôn ngữ nói và phát triển năng lực sử dụng ngôn ngữ nói và viết là việc làm cần thiết để giúp HS diễn đạt tư tưởng vật , mô tả đầy đủ và chính xác các sự kiện , để giải thích các hiện tượng và quá trình tự nhiên

Ví dụ : khi yêu cầu xác định sự biến thiên của một đại lượng vectơ thì

HS phải diễn tả được sự thay đổi của tất cả các yếu tố của vectơ đó

Các khái niệm, định luật vật lý thường được phát biểu gồm hai phần: Một phần nêu lên mặt định tính, một phần nêu lên mặt định lượng nên phải hình thành kỹ

năng ghi chép, kỹ năng diễn đạt các đặc tính của sự vật, kỹ năng diễn đạt các thông tin chứa đựng trong các công thức toán học.[8]

Nhiều khi trong vật lý, vẫn thường dùng những từ ngữ thông thường dùng trong giao tiếp hằng ngày, nhưng có nội dung phong phú và chính xác hơn Nhưng khi gặp một thuật ngữ mới diễn đạt một khái niệm mới thì cần phải giải thích rõ cho HS và yêu cầu HS sử dụng nó một cách chính xác, thành thạo thay cho ngôn ngữ hằng ngày

1.2 B i t p thí nghiệ trong y họ v t

1 2 1 Kh i niệ i t p thí nghiệ

Là những bài tập khi giải HS phải làm thí nghiệm để xác định các đại lượng Vật lý, các thông số cần tìm, hoặc để nghiên cứu sự phụ thuộc giữa các thông số để kiểm tra tính chân thật của lời giải lý thuyết BTTN vừa mang tính

lý thuyết vừa mang tính thực nghiệm Những thí nghiệm của dạng bài tập này thường đơn giản HS có thể tự làm ở nhà hoặc phòng thí nghiệm của trường

- BTTN quan sát, mô tả và giải thích hiện tượng là những bài tập yêu cầu HS:

+ Làm thí nghiệm theo chỉ dẫn

+ Quan sát theo mục tiêu đã chỉ dẫn

+ Mô tả hiện tượng bằng kiến thức đã có

Các dạng câu hỏi của loại bài tập này thường là:

+ Cái gì xảy ra nếu…?

Với câu hỏi thứ nhất, HS phải làm thí nghiệm để quan sát, mô tả, đó là quá trình tích lũy sự kiện

Với câu hỏi thứ hai, buộc HS phải liên hệ các sự kiện quan sát xảy ra trong thí nghiệm với những thuyết, định nghĩa, khái niệm, hiện tượng vật lý đã học Lúc này các hành động tư duy và thực hành nêu ra ở trên rõ rang có tác dụng tốt

để bồi dưỡng cho HS các thao tác tư duy: phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, các kỹ năng kỹ xảo thực hành khi tiến hành thí nghiệm, kỹ năng quan sát có mục đích, khả năng lập luận, diễn đạt bằng ngôn ngữ nói và viết

- Bài tập thiết kế phương án thí nghiệm: là loại bài tập phổ biến nhất trong

các bài tập thí nghiệm ở trường phổ thông bởi thí nghiệm được tiến hành trong

tư duy, suy nghĩ Vì thế nó hoàn toàn khả thi trong điều kiện thiếu thốn trang thiết bị như hiện nay ở các trường phổ thông Các bài tập này là cơ sở, bước đệm

để HS giải các BTTN định lượng

Nội dung của loại bài tập này là: HS căn cứ vào yêu cầu của bài toán, vận dụng các định luật, khái niệm một cách hợp lý, thiết kế phương án thí nghiệm để:

+ Đo đạc một đại lượng vật lý nào đó

+ Xác định sự phụ thuộc giữa các thông số vật lý

Dạng bài tập này có tác dụng bồi dưỡng năng lực thiết kế, hình thành trực giác khoa học, phát triển tư duy sáng tạo cho HS

+ Làm thế nào để đo được… với các thiết bị …?

+ Hãy tìm cách xác định đại lượng … với các thiết bị…?

+ Nêu phương án đo … với các dụng cụ …?

+ Nêu phương án đo … ?

* BTTN định ợng

Là những bài tập khi giải, yêu cầu HS làm thí nghiệm để đo đạc đại lượng Vật lý với các thiết bị nào đó, hoặc tìm quy luật về mối liên hệ phụ thuộc giữa các đại lượng vật lý( với các thiết bị nhất định )

Dựa theo yêu cầu và điều kiện, có thể chia BTTN định lượng làm 3 mức độ:

- Mức độ 1: cho thiết bị, yêu cầu HS làm thí nghiệm tìm quy luật đo đạc đại

lượng có sự hướng dẫn của giáo viên

- Mức độ 2: cho thiết bị, yêu cầu HS thiết kế phương án thí nghiệm, làm thí

nghiệm, làm thí nghiệm tìm quy luật hoặc đo đạc

- Mức độ 3: yêu cầu HS lựa chọn thiết bị thí nghiệm, thiết kế phương án thí

nghiệm và làm thí nghiệm đo đạc hoặc tìm quy luật.[14]

Có thể mô hình hóa các loại BTVL theo sơ đồ 1 [14]

S đồ 1 Phân o i hệ thống BTTN v t

Bài tập thí nghiệm vật lý

Bài tập thí nghiệm định lượng

Thiết kế phương án thí nghiệm

Đo lường đại lượng

MĐ1 Cho thiết bị, yêu cầu

HS đo đạc tìm quy luật có

sự hướng dẫn của GV

MĐ2 Cho thiết bị, yêu cầu

HS lập phương án thí nghiệm, làm thí nghiệm đo đạc hoặc tìm quy luật

MĐ3 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

Rõ ràng bài tập thí nghiệm rất đa dạng, phong phú, có thể có nhiều mức độ yêu cầu, từ đơn giản đến phức tạp Với nhiều hình thức ra đề khác nhau, giáo viên có thể khai thác sử dụng BTTN ngay trong điều kiện cơ sở vật chất chưa được trang bị đồng bộ và hiện đại như hiện nay

1 3 B i t p thí nghiệ v i việ ồi ỡng t uy v t ho họ sinh trong

y họ ở tr ờng phổ th ng

1 3 1 C thao t v h nh đ ng t uy trong giải i t p thí nghiệ v t

Các hành động nhận thức diễn ra khi thực hiện giải một BTTN có tính chất tương tự với những hành động diễn ra khi nghiên cứu bằng phương pháp thực nghiệm với các bước tiến hành khi giải một BTTN:

Bảng 2 So s nh giai đo n ủa ph ng ph p thự nghiệ

3 Nghiên cứu lý thuyết ( suy ra hệ

quả logic từ giả thuyết) Lập phương

án thí nghiệm kiểm tra

4 Nghiên cứu thực nghiệm: Tiến

2 Xây dựng phương án giải (phương án thí nghiệm, lập luận, tính toán)

3 Thực hiện giải tính toán, lập luận, trình bày lời giải ( nếu có thể giải bằng lý thuyết) Hoặc lập phương án thí nghiệm, quan sát để thu nhập số liệu

4 Tiến hành thí nghiệm, quan sát hiện tượng, ghi nhận số liệu và xử lý kết quả

5 Đánh giá kết quả và trả lời câu hỏi của bài toán

Rõ ràng các bước giải BTTN vật lý là hoàn toàn tương tự theo con đường thực nghiệm nên giải BTTN có nhiều khả năng bồi dưỡng tư duy vật lý cho HS

Phương pháp thực nghiệm vật lý là phương pháp cốt lõi của quá trình dạy học vật lý Có thể hiểu phương pháp thực hiện là bao gồm tất cả các khâu của quá trình nhận thức từ việc đặt vấn đề, tạo tình huống trên cơ sở các sự kiện thực nghiệm hay quan sát, đến khâu đưa ra giả thuyết, tiến hành thí nghiệm kiểm tra giả thuyết đó, thu thập và xử lý kết quả và cuối cùng là rút ra kết luận về vấn đề nghiên cứu

Để HS lĩnh hội phương pháp này GV có nhiệm vụ chuyển hóa nó thành phương pháp dạy học vật lý cho HS

Phương pháp thí nghiệm vật lý dẫn đến phương pháp thực nghiệm trong dạy học

Đây chính là cơ sở tâm lý và lý luận dạy học của dạy học phương pháp thực nghiệm bằng biện pháp sử dụng các BTTN Việc giải BTTN, đó là những nghiên cứu nhỏ, tạo điều kiện tốt để phát triển tư duy và khả năng nhận thức cho HS.[14]

Khi tiến hành giải BTTN, HS được rèn luyện các thao tác tư duy như: Phân tích, tổng hợp, so sánh, đưa ra phương án thí nghiệm, lựa chọn dụng cụ, dự đoán kết quả, tiến hành thí nghiệm, quan sát, đo đạc, thu thập và xử lý số liệu, rồi từ đó khái quát hóa đưa ra kết luận Ngoài ra, HS còn rèn luyện năng lực thực nghiệm, năng lực làm việc độc lập

Tóm lại, việc giải BTTN vật lý là một hình thức hoạt động có thể năng cao chất lượng học tập tạo ra nhiều hứng thú và kích thích tính tò mò ham học hỏi cho HS Đó là hoạt động có sự kết hợp hiệu quả giữa học với hành, lý luận với thực tiễn, phát huy tính tích cực, trí thông minh, khả năng sáng tạo, tháo vát của HS Điều này rất phù hợp với tinh thần đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông

1 3 2 B i t p thí nghiệ – ph ng tiện ồi ỡng t uy v t trong y

họ

BTTN có nhiều tác dụng tốt về cả ba mặt giáo dưỡng, giáo dục, giáo dục

kỹ thuật, đặc biệt BTTN còn là một phương tiện dạy học có tác dụng rất lớn trong việc bồi dưỡng tư duy vật lý cũng như phương pháp nhận thức vật lý cho

HS

BTTN vừa là bài tập vừa là thí nghiệm nên sẽ phát huy được các lợi thế của hai phương tiện dạy học chủ lực nếu GV biết khai thác tốt Quá trình làm thí nghiệm sẽ tạo hứng thú, kích thích cho HS và từ đó HS mạnh dạng đưa ra ý kiến sáng tạo của mình

BTTN là điều kiện để HS vận dụng tổng hợp kiến thức lý thuyết và thực hành, kết hợp thao tác tư duy trí óc với thao tác chân tay, tập làm các nhà chế tạo, thiết kế, lắp ráp…Điều này kích thích mạnh mẽ hứng thú học tập của HS nhất là những bài toán liên quan đến thực tế

BTTN khắc phục tình trạng giải bài tập một cách thuộc lòng, hình thức, tình trạng áp dụng công thức một cách máy móc

BTTN là hoạt động tạo điều kiện tốt để phát triển tư duy cho HS đặc biệt

là tư duy vật lý Bên cạnh đó việc giải bài tập thí nghiệm của HS cũng giúp GV phát hiện những HS có năng khiếu đặc biệt về vật lý Từ đó có hướng bồi dưỡng

để các em trở thành nhân tài của đất nước

1.3.3 H ng n họ sinh giải i t p thí nghiệ theo h ng ồi ỡng t

- Thực hiện giải: Tính toán, lập luận, trình bày lời giải, ( nếu có thể giải bằng lý thuyết) Hoặc lập phương án thí nghiệm, quan sát thu thập số liệu

- Tiến hành thí nghiệm, quan sát hiện tượng, ghi nhận số liệu và xử lý kết quả

- Đánh giá kết quả và trả lời câu hỏi của bài toán

Kết u n h ng 1

Tư duy vật lý với đặc thù là sự gắn kết chặt chẽ giữa tư duy lý thuyết và tư duy thực nghiệm rất cần cho hoạt động thực tiễn, cần phải bồi dưỡng cho học sinh trong quá trình dạy học môn vật lý

Để bồi dưỡng năng lực tư duy vật lý cho học sinh có thể sử dụng các phương pháp, phương tiện dạy học khác nhau, trong đó việc sử dụng bài tập thí nghiệm có rất nhiều ưu thế BTTN vật lý vừa phát huy ưu thế của thí nghiệm Sử dụng bài tập trong thí nghiệm giúp phát triển tư duy vật lý cho học sinh, nâng cao khả năng phân tích hiện tượng và thao tác thí nghiệm

BTTN là điều kiện để HS vận dụng tổng hợp kiến thức lý thuyết và thực hành, kết hợp thao tác tư duy trí óc với thao tác chân tay, tập làm các nhà chế tạo, thiết kế, lắp ráp… Điều này kích thích mạnh mẽ hứng thú học tập của học sinh nhất là những bài toán liên quan đến thực tế

BTTN vật lý rất đa dạng, phong phú, có thể có nhiều mức độ yêu cầu, từ đơn giản đến phức tạp Với nhiều hình thức ra đề khác nhau, giáo viên có thể khai thác sử dụng BTTN ngay trong điều kiện cơ sở vật chất trạng bị chưa được đồng bộ và hiện đại

Tuy nhiên, trong thực tiễn giảng dạy, BTTN vẫn chưa được khái thác hiệu quả, tài liệu về BTTN còn rất ít, cần có biện pháp khắc phục nhằm đáp ứng như cầu phát triển tư duy vật lý cho học sinh, nâng cao hiệu quả quá trình dạy học

Ch ng 2 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM CHƯƠNG “ CHẤT KHÍ” VẬT LÝ LỚP 10 NHẰM PHÁT TRIỂN

TƯ DUY CHO HỌC SINH

2 1 Phân tí h n i ung v ph ng ph p giảng y h ng “ Chất khí” V t

Thuyết động học phân tử là một trong những thuyết ra đời sớm nhất, được

kế thừa những quan điểm cổ đại nhất về cấu tạo chất Giả thuyết cho rằng nhiệt

có được là do chuyển động của các hạt vật chất và được các nhà bác học Boyle, Hooke, Newton, Lomonosov ủng hộ Những thành tựu nguyên tử luận trong hóa học đã góp phần quan trọng đến sự ra đời của thuyết động học phân tử Nguyên

tử từ chỗ là sản phẩm đơn thuần của trí tưởng tượng của con người đã dần dần một thực thể vật lí

Tư tương cơ bản của thuyết động học phân tử là tư tưởng cơ học của Newton Bức tranh vật lí về thế giới vật chất của Newton là chân không, các hạt

và sự tương tác giữa chúng Các quan điểm cơ bản của thuyết là:

- Vật chất được cấu tạo gián đoạn từ các hạt rất nhỏ gọi là phân tử

- Các phân tử chuyển động hỗn độn và không ngừng

- Các phân tử tương tác với nhau bằng lực hút và lực đẩy

- Chuyển động và tương tác của các phân tử tuân theo các định luật cơ học của Newton

Định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ốt xét trường hợp nhiệt độ của khí được giữ không đổi (đẳng nhiệt) và nêu lên mối tương quan giữa áp suất p và thể tích V của một

khối lượng khí xác định Định luật này áp dụng đúng với khí lý tưởng và gần đúng đối với khí thực Nó khá chính xác đa số chất khí ở nhiệt độ gần với nhiệt

độ phòng và chịu áp suất không khá xa với áp suất khí quyển

Định luật Sac-lơ xét trường hợp thể tích của một lượng khí xác định được giữ không đổi và nêu lên mối tương quan giữa áp suất p và nhiệt độ T

Định luật Gay-luýt-xắc xét trường hợp áp suất của một lượng khí cho trước được giữ không đổi và nêu lên mối tương quan giữa thể tích và nhiệt độ

Phương trình trạng thái khí lý tưởng nêu lên mối quan hệ giữa ba thông số trạng thái: áp suất p, thể tích V, nhiệt độ T

) Cấu trú n i ung ủa h ng “Chất khí”

Sơ đồ 2: Grap nội dung chương “ Chất khí” vật lý 10

Phân tử và một số thuộc tính của phân tử

Các trạng thái cấu tạo

chất

Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt Định luật Sác-lơ

Phương trình trạng thái của khí lý tưởng

Thuyết đ ng họ phân tử v hất

khí t ởng

2.1.2 N i ung kiến thứ ản v kỹ n ng họ sinh ần đ t đ ợ

a) N i ung kiến thứ ản

- N i ung ản ủa thuyết đ ng họ phân tử hất khí:

+ Chất khí được cấu tạo từ các phân tử riêng rẽ, có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng

+ Các phân tử chất khí chuyển động hỗn loạn không ngừng, chuyển động này

càng nhanh thì nhiệt độ của chất khí càng cao

+ Khi chuyển động hỗn loạn các phân tử chất khí va chạm với nhau và va chạm với thành bình và gây ra áp suất lên thành bình

- Định u t S - : Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp

suất của một lượng khí nhất định tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối:

- Nêu được nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí

- Nêu được định nghĩa khí lý tưởng

- Vận dụng được các đặc điểm về khoảng cách giữa các phân tử, về chuyển động phân tử, tương tác phân tử, để giải thích các đặc điểm về thể tích và hình dạng của vật chất ở thể khí, thể lỏng, thể rắn

- Phát biểu và viết được biểu thức của định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ốt

- Vận dụng phương pháp xử lí các số liệu thu được bằng thí nghiệm vào việc xác định mối quan hệ giữa p và V trong quá trình đẳng nhiệt

- Vận dụng được định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt để giải các bài tập

- Phát biểu và viết được công thức của định luật Sác-lơ

- Xử lí được các số liệu ghi trong bảng kết quả thí nghiệm để rút ra kết luận về mối quan hệ giữa p và T trong quá trình đẳng tích

- Vận dụng được định luật Sác-lơ để giải các bài tập

- Từ các phương trình của định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và định luật Sác-lơ xây dựng được phương trình trạng thái của khí lý tưởng

- Vận dụng phương trình trạng thái để giải các bài tập

2 2 Nghiên ứu xây ựng hệ thống i t p thí nghiệ h ng “ Chất khí”

V t 10

2 2 1 Mụ đí h, yêu ầu

BTTN vừa là bài tập vừa là thí nghiệm nên sẽ phát huy được các lợi thế của hai phương tiện dạy học chủ lực nếu GV biết khai thác tốt Quá trình làm thí nghiệm sẽ tạo hứng thú, kích thích cho HS và từ đó HS mạnh dạng đưa ra ý kiến sáng tạo của mình

BTTN là điều kiện để HS vận dụng tổng hợp kiến thức lý thuyết và thực hành, kết hợp thao tác tư duy trí óc với thao tác chân tay, tập làm các nhà chế tạo, thiết kế, lắp ráp…Điều này kích thích mạnh mẽ hứng thú học tập của HS nhất là những bài toán liên quan đến thực tế

BTTN khắc phục tình trạng giải bài tập một cách thuộc lòng, hình thức, tình trạng áp dụng công thức một cách máy móc

BTTN là hoạt động tạo điều kiện tốt để phát triển tư duy cho HS đặc biệt

là tư duy vật lý Bên cạnh đó việc giải bài tập thí nghiệm của HS cũng giúp GV phát hiện những HS có năng khiếu đặc biệt về vật lý Từ đó có hướng bồi dưỡng

để các em trở thành nhân tài của đất nước

a) B i t p thí nghiệ quan s t, tả, giải thí h hiện t ợng

B i 1: Em hãy giải thích vì sao quả bong bóng được bơm đầy không khí, để

ngoài trời nắng một lúc thì quả bong bóng sẽ nổ?

H ng n giải

Theo phương trình trạng thái, ta có:

2

2 2 1

1 1

T

V p T

V p

Với p1, V1, T1 là áp suất, thể tích, nhiệt độ tuyệt đối ban đầu

p2, V2, T2 là áp suất, thể tích, nhiệt độ tuyệt đối lúc sau

Khi T2 tăng thì đồng thời p2 và V2 tăng V2 tăng vượt quá một giá trị cho phép thì quả bong bóng sẽ nổ

B i 2: Em hãy giải thích vì sao ta bơm được không khí vào ruột của xe đạp bằng

ống bơm ? (coi nhiệt độ không khí không đổi)

H ng n giải

Khi ta nén pit-tông trong ống bơm thì theo công thức của định luật Bôi-lơ – ri-ôt (p1.V1= p2.V2), thể tích V2 giảm nên áp suât p2 tăng ( với p2 là áp suất trong ống bơm khi nén)

Ma-Khi áp suất p2 lớn hơn áp suất không khí trong ruột xe đạp thì van xe đạp bị ép xuống và được mở ra, không khí từ ống bơm sẽ đi vào ruột xe đạp

B i 3: Vì sao nhiệt độ ở trên đỉnh núi thấp hơn nhiệt độ ở chân núi Em hãy giải

thích hiện tượng này ?( biết rằng càng lên cao áp suất càng giảm)

Từ công thức, ta thấy p2 giảm thì nhiệt độ T2 giảm

B i 4: Trong một ngày ẩm trời, một vài người nói “không khí nặng nề” Khối

lượng riêng của không khí ẩm so với không khí khô có cùng áp suất và nhiệt độ khác nhau như thế nào ?

Câu hỏi h ng n giải

- Không khí ẩm có khoảng cách giữa các phân tử khí như thế nào so với không khí khô?

- Hãy viết công thức tính khối lượng riêng của chất khí

- Cùng một thể tích thì không khí ẩm có khối lượng như thế nào so với không khí khô?

Trong cùng một thể tích thì không khí ẩm có khối lượng khí lớn hơn không khí khô nên khối lượng riêng của không khí ẩm lớn hơn khối lượng riêng của không khí khô Cho nên lúc trời ẩm người ta nói không khí nặng nề

B i 5: Hai phòng có kích thước bằng nhau, thông với nhau bằng một cửa mở

Tuy nhiên, nhiệt độ trung bình trong hai phòng được duy trì tại các giá trị khác nhau Trong phòng nào có nhiều không khí hơn ?

Câu hỏi h ng n giải

- Em hãy viết công thức của phương trình trạng thái khí lí tưởng

- Hai phòng có thể tích và áp suất như thế nào ?

B i 6: Tại sao nhiệt độ sôi của một chất lỏng phụ thuộc vào áp suất khí quyển ?

Câu hỏi h ng n giải

- Giữa áp suất khí quyển và áp suất của một chất lỏng có mối liên quan như thế nào ?

- Trong cùng thể tích và cùng nhiệt độ thì áp suất càng lớn thì khối lượng của chất lỏng như thế nào ?

- Khối lượng lớn thì khoảng cách giữa các phân tử như thế nào ?

Do đó, nhiệt độ sôi của chất lỏng phụ thuộc và áp suất khí quyển

B i 7: Tại sao khói bốc lên mà không chìm xuống từ một ngọn nến ?

Câu hỏi h ng n giải

- Nhiệt độ không khí có mối quan hệ với mật độ không khí như thế nào ?

- Không khí nặng có độ cao như thế nào so với không khí nhẹ ?

- Do đó không khí ở gần ngọn nến sẽ chuyển động lên phía trên

B i 8: Nếu không khí nóng dâng lên, tại sao ở đỉnh núi thì lạnh hơn ở mặt biển (

Gợi ý: không khí dẫn nhiệt rất kém)

Câu hỏi h ng n giải

- Ở trên đỉnh núi, mật độ không khí rất thấp, khoảng cách giữa cách phân tử khí như thế nào ?

- Ở mặt biển, mật độ không khí như thế nào ?

B i 9: Một khí cầu bằng cao su kín chứa khí rất nhẹ Thả Khí cầu ra và nó bay

lên trong khí quyển Mô tả và giải thích nhiệt độ của khí và kích thước của khí cầu

Câu hỏi h ng n giải

- Nhiệt độ của khí cầu và nhiệt độ của môi trường xung quanh như thế nào?

- Khối lượng riêng của khí cầu so với khối lượng riêng của không khí như thế nào?

- Vì sao khí cầu bay lên ?

- Nếu coi nhiệt độ khối khí thay đổi không đáng kể thì kích thước của khí cầu sẽ tăng lên

B i 10: Em hãy giải thích vì sao những chiếc đèn gió lại bay lên được ?

B i 1: Làm thế nào với một chiếc cân nhạy và một chiếc thước bạn có thể xác

định được áp suất trong một quả bóng đá?

Câu hỏi h ng n giải:

- Một vật có thể tích đặt trong không khí có chịu tác dụng của lực đẩy Acsimet không?

- Vậy kết quả mà chiếc cân cân được có biểu thức như thế nào ?

- Mật độ không khí có mối quan hệ tỉ lệ như thế nào với áp suất p trong quả bóng?

Giải

Tất cả các vật trong không khí đều chịu tác dụng của một lực đẩy và có giá trị bằng trọng lượng của khối lượng bị chiếm chỗ Vậy ta có thể viết kết quả cân của một quả bóng có áp suất p dưới dạng sau:

số hạng sau của phương trình trên là bằng nhau và phép cân chỉ cho khối lượng

Mb của vetxi và vỏ da

Vì bơm thực tế không làm thay đổi thể tích V của quả bóng, nên số hạng cuối cùng của vế phải phương trình ở trên là không đổi cũng như số hạng đầu tiên Gọi M va M0 là khối lượng của quả bóng (được xác định bằng cân ) ứng với khi bơm lên tới áp suất p và khi có áp suất bên trong bằng áp suất khí quyển

p0 Hiệu M – M0 chia cho thể tích V của quả bóng sẽ cho sự tăng mật độ ( khối lượng riêng) của không khí từ ρ0 tương ứng với áp suất khí quyển p0 đến ρ tương ứng với áp suất p cần tìm

Do thể tích quả bóng không thay đổi khi bơm, nên khối lượng riêng của khí tăng tỉ lệ thuận với áp suất :

)

0

0 0 0 0

0 0 0

0

V

M M p p V

M M p

Trong biểu thức này, hiệu hai khối lượng được xác định bằng cân, thể tích V được tính sau khi đo đường kính bằng một cái thước, còn p0 và ρ0 có thể tra trong sách tra cứu về vật lí (cụ thể p0 =1at và ρ0 = 1,293 kg/m3)

B i 2: Cho một bóng đèn điện đã bị cháy Hỏi phải làm thế nào để xác định áp

suất bên trong bóng đèn đó nếu chỉ có bình hình trụ chứa nước và một chiếc thước chia độ?

Câu hỏi h ng n giải:

- Ta xác định thể tích của bóng đèn như thế nào ?

- Ta tháo chui đèn ra, khi đó áp suất bóng đèn lúc này có bằng áp suất khí quyển không? Thể tích lúc này được xác định như thế nào ?

- Vậy áp trước khi tháo chui đèn có phải là áp suất cần tìm không?

- Coi nhiệt độ là không đổi, ta áp dụng định luật nào để tìm được áp suất p của bóng đèn

- Hãy viết phương trình định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt

Giải

Trước hết phải thận trọng gỡ bỏ chuôi kim loại ở đuôi đèn để bóng đèn không bị vỡ, rồi nhúng nó chìm hoàn toàn vào nước trong bình và dùng thước

đo mức dâng lên của nước trong bình ∆h1 Sau đó vẫn để bóng đèn trong nước,

bẻ gãy đầu của ống hút để nước tràn vào trong đèn nhưng khí không thoát ra ngoài

Ở áp suất p cần tìm, khí chiếm toàn bộ thể tích V1 của bóng đèn Nếu bỏ qua thể tích của thành thủy tinh, thì V1 đúng bằng tiết diện ngang của bình nhân với mức dâng lên của nước ∆h1 khi nhúng đèn hoàn toàn vào nước: V1 = S ∆h1

Khi đầu ống hút bị bẻ gãy, áp suất khí trong đèn bằng áp suất khí quyển (

áp suất của cột nước bên trên đèn nhỏ không đáng kể so với áp suất khí quyển )

và thể tích của nó chỉ bằng V2 = S ∆h2

Nếu xem nhiệt độ của khí trong đèn là không đổi theo định luật Bôi -lơ – Ma-ri-ốt, ta có:

2 0

1 p S h h

pS  hay

1

2 0

h

h p p

B i 3: Hãy thử giải bài tập trên bằng cách dùng một xoong chứa đầy nước, một

chiếc cân cùng bộ quả cân

Câu hỏi h ng n giải

- Ta làm thí nghiệm thay đổi trạng thái của khối khí bằng cách nhúng bóng đèn vào trong nước, rồi bẻ gãy chui đèn, khi đó áp suất khí trng bóng đèn bằng áp suất khí quyển Ta cần xác định thể tích khí lúc này và thể tích khí ban đầu là xác định được áp suất ban đầu p của bóng đèn

- Thông qua chiếc cân xác định thể tích như thế nào ?

- Hãy viết công thức của định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt

Giải

Ta thận trọng tháo bỏ chuôi kim loại ở đuôi đèn, rồi đem cân bóng đèn Giả

sử khối lượng của nó là m1 Bây giờ, ta nhúng bóng đèn ngập trong nước rồi bẻ đầu ống hút Khi nước không còn chảy vào bóng đèn nữa, trong đèn chỉ còn phần không gian chứa khí nén tới áp suất khí quyển p0 là không bị chiếm bởi nước; ta lấy bóng đèn ra khỏi nước và xác định khối lượng của nó Giả sử bây giờ khối lượng là m2 Bây giờ, ta đổ đầy nước vào bóng đèn và xác định khối lượng là m3

Ta dễ dàng thấy rằng hiệu m3- m1 cho ta khối lượng của nước choán toàn bộ thể tích của bóng đèn Chia hiệu này cho khối lượng riêng ρ của nước ta tìm được

thể tích bên trong của bóng đèn Đây cũng là thể tích của chính chất khí ở áp suất p cần tìm

Mặt khác, hiệu m3 – m2 chia cho khối lượng riêng ρ của nước cho ta thể tích của chính khối khí đó ở áp suất khí quyển p0

Ta thừa nhận rằng trong quá trình nén nói trên nhiệt độ của khí không thay đổi, và ta có thể viết thể viết theo định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt:





2 3 0 1

p m m

Từ đó suy ra áp suất cần tìm:

1 3

2 3 0

m m

m m p p







B i 4: Cho một ống thủy tinh hẹp được hàn kín một đầu Ống chứa một cột khí

ngân cách với không khí bên ngoài bằng một cột thủy ngân Dùng một chiếc thước chia độ đến milimét, hãy xác định áp suất khí quyển

Câu hỏi h ng n giải

- Hãy viết công thức xác định áp suất khí trong ống, khi đặt ống thẳng đứng với đầu hở hướng lên trên

- Tương tự, hãy viết công thức xác định áp suất khí, khi đặt ống thẳng đứng với đầu hở xuống phía dưới

- Hãy viết công thức của định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt

Giải:

Nếu ta đặt ống thẳng đứng với đầu hở hướng lên trên, thì không khí trong ống chịu một áp suất:

gh p

p1  0 

ở đây p0 là áp suất khí quyển, ρ là khối lượng riêng của thủy ngân, g là gia tốc trọng trường, và h là độ cao của cột thủy ngân Áp suất này nén khí tới thể tích:

S l

V1  1

( l1 là chiều dài của cột không khí, S là diện tích tiết diện ngang của ống)

Trong ống đặt thẳng đứng với lỗ hở phía dưới, áp suất khí bây giờ là:

gh p

p2  0 

Và thể tích của cột khí:

S l

V2  2

Nếu cho rằng cả hai trường hợp nhiệt độ đều như nhau, theo định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, ta có:

S l gh p

S l gh

p0 )1 ( 0 ) 2

Suy ra:

1 2

1 2 0

l l

l l gh p

Câu hỏi h ng n giải:

- Quá trình của khối khí là quá trình gì? Em hãy viết công thức của quá trình đó?

- Đại lượng nào bài toán đã cho và tìm đại lượng nào ?

- Thước kẻ dùng để xác định đại lượng cần tìm nào ?

1

T

V T V



300 2

2 1





t

l l

273 300

Dùng thước kẻ, ta đo các đại lượng l1 và l2 thay vào biểu thức trên sẽ tìm được nhiệt độ t2

B i 6: Một píttông như hình vẽ, có chứa khối khí ở bên trong nhiệt độ ban đầu

giữa píttông và xilanh

Câu hỏi h ng n giải:

- Bỏ qua ma sát giữa píttông và xilanh và khối lượng của píttông thì áp suất ban đầu của khối khí được xác định như thế nào ?

- Với những quả cân, em hãy lập phương án để giải bài toán ? Áp dụng định luật nào để giải ?

- Viết công thức liên hệ giữa khối lượng và áp suất tác dụng vào khối khí

1

T

p T

p

 (*) Với:

p1 bằng với áp suất khí quyển

p2 = p1 + mg/S là áp suất sau khi ta đặt những quả cân lên píttông

T1 = t1+ 273 là nhiệt độ tuyệt đối của khí ban đầu

T2 = t2 + 273 là nhiệt độ tuyệt đối của khí sau khi hơ nóng

Từ phương trình (*), suy ra: