Nhiệm vụ nghiên cứu
2.1 Nghiên cứu vị trí, vai trò, tác dụng của BTĐT trong hệ thống BTVL đối với quá trình học tập của học sinh và phương pháp giải BTĐT
Nghiên cứu vai trò của TDLG trong việc phát triển kỹ năng tư duy và suy luận logic cho học sinh trong môn vật lý là rất quan trọng Phương pháp rèn luyện này không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn nâng cao khả năng vận dụng lý thuyết vào thực tiễn Việc áp dụng các thao tác tư duy logic sẽ hỗ trợ học sinh trong quá trình giải quyết vấn đề và phát triển tư duy phản biện, từ đó cải thiện hiệu quả học tập.
2.3 Nghiên cứu giải các BTĐT phần Nhiệt học
III - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
*Nghiên cứu về lý luận:
Dựa trên các thành tựu lý luận dạy học, bài viết nhấn mạnh vai trò và tác dụng của bài tập định hướng (BTĐT) trong việc củng cố kiến thức và rèn luyện kỹ năng cho học sinh Phương pháp giải bài tập giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tế, đặc biệt trong quá trình lựa chọn và giải các bài tập liên quan đến Vật lý và Hóa học ở bậc trung học phổ thông (THPT).
Dựa trên các thành tựu của lý luận về TDLG và ứng dụng BTĐT phần VLPT NH để phát triển TDLG cho học sinh
Trong quá trình thực tập sư phạm, việc trao đổi với giáo viên và học sinh THPT là rất quan trọng để hiểu rõ thực tế sử dụng BTĐT Điều này giúp nắm bắt vai trò của BTĐT trong việc phát triển tư duy logic (TDLG) cho học sinh tại trường phổ thông.
IV - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Hoạt động dạy và học của giáo viên và học sinh THPT trong tiến trình nghiên cứu phần VLPT & NH lớp 10 và 11
Về tài liệu: Các tài liệu về hoạt động nhận thức và phát triển tƣ duy cho học sinh
2 Pham vi nghiên cứu: Đề tài này nghiên cứu bài tập định tính phần VLPT & NH trong chương trình vật lý phổ thông
+ Có thể sử dụng BTĐT để góp phần bồi dƣỡng năng lực TDLG cho học sinh trong dạy học phần VLPT & NH ở trung học phổ thông
Việc lựa chọn và sử dụng hệ thống bài tập định tính một cách hợp lý trong giảng dạy Vật lý và Nhiệt học ở THPT sẽ giúp học sinh nắm vững kiến thức, rèn luyện kỹ năng áp dụng kiến thức để giải thích các hiện tượng vật lý, đồng thời hình thành và phát triển phương pháp suy luận logic, cũng như cải thiện các thao tác tư duy, từ đó phát triển tư duy logic cho học sinh.
Đề tài này có thể được sử dụng làm tài liệu nghiên cứu và tham khảo cho giáo viên, học sinh THPT, cũng như sinh viên ngành sư phạm trong quá trình nghiên cứu học phần “phương pháp dạy bài tập”.
Nội dung đề tài này tuy chỉ giới hạn trong phần nhiệt học nhƣng có thể mở rộng cho các phần khác trong chương trình vật lý phổ thông
VII - CẤU TRÚC LUẬN VĂN
- Lý do chọn đề tài
- Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
- Chương I: Cơ sở lý luận của đề tài
- Chương II: Lựa chọn và hướng dẫn giải các BTĐT phần VLPT và Nhiệt học ở lớp 10 và lớp 11 THPT
Cơ sở lý luận của đề tài
Đại cương về bài tập định tính
Các bài tập định tính là một phần trong hệ thống bài tập vật lý Có nhiều cách phân loại bài tập dựa theo các dấu hiệu khác nhau:
- Nếu dựa vào nội dung bài tập thì có : Bài tập cơ, nhiệt, điện, quang
- Nếu dựa vào mức độ phức tạp thì có : Bài tập đơn giản, bài tập tổng hợp
- Nếu dựa vào đặc điểm và phương pháp nghiên cứu vấn đề (Phương thức giải bài tập) thì có : bài tập định tính và bài tập định lượng
Bài tập định tính, còn được gọi là câu hỏi thực hành, bài tập logic hay câu hỏi kiểm tra, thể hiện sự đa dạng trong phương pháp và ưu điểm của nó Mặc dù có nhiều tên gọi, chúng đều phản ánh các khía cạnh khác nhau của bài tập định tính Trong bài viết này, chúng tôi sẽ sử dụng thuật ngữ "bài tập định tính" để nhấn mạnh đặc điểm chính của loại bài tập này, đó là tập trung vào mặt định tính của hiện tượng vật lý được khảo sát Loại bài tập này thường được giải quyết thông qua suy luận logic, dựa trên các khái niệm và định luật vật lý, bằng phương pháp đồ thị hoặc thực nghiệm, mà không cần đến các phép tính toán phức tạp, chỉ sử dụng những phép tính đơn giản có thể tính nhẩm.
Bài tập định tính, khi được áp dụng một cách hợp lý, có khả năng tăng cường hứng thú học tập môn Vật lý Điều này không chỉ giúp học sinh đào sâu và củng cố kiến thức mà còn khuyến khích sự tích cực trong việc tiếp thu tài liệu trên lớp.
Giải các bài tập định tính trong vật lý yêu cầu học sinh phân tích bản chất và tính quy luật của các hiện tượng vật lý dựa trên khái niệm và định luật đã học Qua đó, học sinh có thể xây dựng suy luận logic để hiểu sâu sắc hơn về các khái niệm và định luật, giúp giải thích hiện tượng một cách khoa học và dễ hiểu Việc dạy và giải bài tập định tính không chỉ giúp giáo viên đánh giá mức độ tiếp thu kiến thức của học sinh mà còn phát triển tư duy logic, rèn luyện khả năng quan sát và nuôi dưỡng tình yêu khoa học trong học sinh.
BTĐT có đặc điểm phong phú và đa dạng, với nhiều bài tập gắn liền với thực tế đời sống Mỗi bài học vật lý đều có các BTĐT nhằm giải thích hiện tượng vật lý và ứng dụng kiến thức Vì vậy, BTĐT có thể được sử dụng thường xuyên trong quá trình ôn tập, củng cố kiến thức mới và kiểm tra đánh giá.
Bài tập định tính (BTĐT) mang lại nhiều lợi ích và có vai trò quan trọng trong việc truyền đạt tri thức Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào việc bồi dưỡng và phát triển tư duy logic cho học sinh thông qua các bài tập này Tư duy logic là gì và các phương pháp cần thiết để phát triển tư duy logic cho học sinh sẽ được trình bày chi tiết ở phần II.
3 Các phương pháp giải BTĐT : Để giải các BTĐT, người ta thường dùng các phương pháp sau: a Phương pháp Ơrixtic (hay còn gọi là phương pháp tìm tòi):
Phương pháp này khuyến khích học sinh tự tìm tòi và giải quyết các câu hỏi định tính liên quan đến giả thiết bài tập và các định luật vật lý đã học Dưới sự gợi mở của giáo viên, học sinh sẽ vượt qua những khó khăn trong việc giải bài tập, đồng thời phát triển tư duy một cách hiệu quả.
Phương pháp này giúp học sinh phát triển khả năng phân tích các hiện tượng vật lý trong bài tập, tổng hợp thông tin từ dữ kiện đã cho và các định luật đã biết Qua đó, học sinh có thể khái quát hóa các sự kiện và đưa ra những kết luận khoa học chính xác Phương pháp đồ thị cũng đóng vai trò quan trọng trong việc trực quan hóa dữ liệu và hỗ trợ quá trình học tập.
Đồ thị là công cụ quan trọng trong việc giải quyết các bài tập định tính, nơi mà giả thiết được diễn đạt qua nhiều hình thức khác nhau Câu trả lời cho bài toán thường được rút ra từ việc nghiên cứu các đồ thị, thể hiện mối quan hệ giữa các đại lượng vật lý hoặc mô tả quá trình diễn biến của một hiện tượng Đồ thị có thể đã được cung cấp trong giả thiết hoặc cần được xây dựng dựa trên các giả thiết đã cho.
Phương pháp đồ thị là một công cụ trực quan và ngắn gọn, giúp học sinh nâng cao khả năng tư duy hàm số, đồng thời rèn luyện tính chính xác và cẩn thận Bên cạnh đó, phương pháp thực nghiệm cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình học tập.
Dựa trên các thí nghiệm được thực hiện theo đúng giả thiết, bài tập yêu cầu trả lời các câu hỏi như “cái gì xảy ra?” và “làm thế nào?” Các câu hỏi này giúp người học hiểu rõ hơn về quy trình và kết quả của thí nghiệm.
Phương pháp này phát triển cho các em tính tích cực, ham học hỏi, kỹ năng kỹ xảo sử dụng các dụng cụ thí nghiệm vật lý
Nhƣng nếu thí nghiệm không giải thích đƣợc hiện tƣợng xẩy ra thì phải chứng minh bằng lời
Các phương pháp này có thể kết hợp và hỗ trợ lẫn nhau Phương pháp phân tích - tổng hợp là nền tảng cho mọi phương pháp giải bài tập.
Quá trình giải bài toán vật lý là việc tìm hiểu các điều kiện của bài toán và xem xét hiện tượng vật lý, từ đó áp dụng kiến thức đã có để xác định mối liên hệ giữa thông tin đã biết và điều cần tìm, thông qua các phương pháp trực tiếp hoặc gián tiếp.
Từ đó tìm ra đƣợc lời giải đáp
Ta có thể mô hình hoá tiến trình luận giải bằng sơ đồ khái quát
Sơ đồ này mô tả quá trình suy luận qua các mối liên hệ: từ mối liên hệ (1), chúng ta rút ra kết luận a; tiếp theo, kết hợp kết luận a với mối liên hệ (2) để có kết luận b; cuối cùng, dựa trên kết luận b và mối liên hệ (3), ta đạt được kết luận cuối cùng c.
Tuy nhiên để giải các bài tập định tính, ta có thể tiến hành theo tuần tự các bước như sau:
1 Đọc kỹ đầu bài bài tập, tìm hiểu tất cả các thuật ngữ có trong đầu bài
2 Phân tích nội dung bài tập, tìm hiểu các hiện tƣợng vật lý và mối liên hệ giữa chúng Nếu cần thiết thì xây dựng sơ đồ và hình vẽ, đƣa vào những điều kiện bổ sung để làm sáng tỏ giả thiết
3 Xây dựng chuỗi lý luận phân tích – tổng hợp :
Lập kế hoạch giải là quá trình xây dựng một chuỗi lý luận phân tích, bắt đầu từ câu hỏi của bài toán và kết thúc bằng những kiến thức đã biết như giả thiết, khái niệm và định luật đã học.
Lựa chọn và hướng dẫn giải một số BTĐT phần “Vật lý phân tử và Nhiệt học” ở lớp 10 và 11 THPT
Vị trí, yêu cầu
Phần "VLPT & NH" trong chương trình vật lý THPT được giảng dạy sau khi học sinh hoàn thành kiến thức về cơ học và trước khi chuyển sang điện học Tổng thời gian cho phần này là khoảng 30 tiết, bao gồm 21 tiết lý thuyết, 7 tiết bài tập và 2 tiết kiểm tra.
Phần nội dung được chia thành 5 chương, bao gồm 2 chương cuối của sách giáo khoa lớp 10 và 3 chương đầu tiên của sách giáo khoa lớp 11 Cụ thể, lớp 10 sẽ có 2 chương cuối.
- Chương 10: Thuyết động học phân tử và chất khí lý tưởng; gồm 5 tiết lý thuyết và 2 tiết bài tập
- Chương 11: Nội năng của khí lý tưởng; gồm 6 tiết lý thuyết và 2 tiết bài tập
- Chương 1: Chất rắn; gồm 4 tiết lý thuyết và 2 tiết bài tập
- Chương 2: Chất lỏng; gồm 3 tiết lý thuyết và 1 tiết bài tập
- Chương 3: Hơi khô và hơi bão hoà; gồm 3 tiết lý thuyết.
Nội dung
Xét một cách tương đối, có thể nói rằng nội dung phần VLPT & NH bao gồm hai nhóm vấn đề chính:
Nhóm thứ nhất nghiên cứu các hiện tượng và quá trình nhiệt từ góc độ vĩ mô và vi mô, tập trung vào thuyết động học phân tử Thuyết này giúp giải thích các trạng thái vật chất và hiện tượng nhiệt trong khí, lỏng, rắn, cũng như sự biến đổi trạng thái như thay đổi kích thước, thể tích và áp suất theo nhiệt độ Các ứng dụng của nghiên cứu này rất đa dạng, từ xây dựng đến công nghệ và đời sống hàng ngày.
Nhóm thứ hai liên quan đến các quá trình biến đổi năng lượng trong lĩnh vực nhiệt động lực học Nguyên lý I của nhiệt động lực học thể hiện định luật bảo toàn năng lượng trong các quá trình nhiệt, đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các máy nhiệt.
Cụ thể, phần VLPT & NH có những nội dung cơ bản sau:
2.1 Thuyết động học phân tử:
Vật chất được cấu tạo từ các phân tử riêng biệt, và những phân tử này luôn chuyển động một cách hỗn độn Chúng tương tác với nhau thông qua các lực hút và đẩy, được gọi là lực liên kết phân tử Đặc biệt, vận tốc trung bình của chuyển động hỗn độn của các phân tử càng lớn thì nhiệt độ của vật càng cao.
2.2 Các định luật chất khí
Các định luật chất khí phản ánh các quy luật của khí lý tưởng, là mô hình lý thuyết về cấu trúc của khí thực Những định luật này thiết lập mối liên hệ giữa ba yếu tố chính: áp suất (P), thể tích (V) và nhiệt độ (T), được gọi là các thông số trạng thái.
- Định luật Bôilơ_ Mariốt (quá trình đẳng nhiệt : T = const) : PV = const
- Định luật Saclơ ( quá trình đẳng tích : V = const): P/T = const
- Định luật Gay-luy-xăc ( quá trình đẳng áp : P = const ) : V/T = const
- Tổng quát : Phương trình trạng thái của khí lý tưởng: PV/T = const
2.3.1 Nội năng và sự biến đổi nội năng a Nội năng: Nội năng của một vật là dạng năng lƣợng gồm động năng của chuyển động hỗn độn của các phân tử cấu tạo nên vật và thế năng tương tác giữa chúng b Nội năng của vật có thể biến đổi theo hai cách: Thực hiện công và truyền nhiệt
2.3.2 Nguyên lý thứ nhất của Nhiệt động lực học
Nhiệt lƣợng truyền cho vật làm biến thiên nội năng của vật và biến thành công mà vật thực hiện lên các vật khác: Q = U + A
2.3.3 Vận dụng nguyên lý I cho hệ khí lý tưởng trong quá trình khép kín - chu trình, thì U = 0 nên A = Q Do đó về lý thuyết ta thấy rằng nếu truyền cho hệ khí lý tưởng một nhiệt lượng Q > 0, tạo một cơ chế kỹ thuật nào đó cho hệ biến đổi trạng thái và sinh công A > 0 trong quá trình kín thì ta đƣợc một động cơ nhiệt Hiệu suất của động cơ nhiệt chính là hệ số biến đổi nhiệt thành công của nó
Chất rắn được phân loại thành hai nhóm chính dựa vào cấu trúc phân tử: chất kết tinh và chất vô định hình Các tính chất cơ học của chất rắn, đặc biệt là tính đàn hồi, thể hiện qua các loại biến dạng như kéo và nén Bên cạnh đó, các tính chất nhiệt của vật rắn liên quan đến sự thay đổi kích thước và thể tích, thường được gọi là sự giãn nở vì nhiệt.
Chất lỏng có những tính chất chung trung gian giữa chất rắn và chất khí, bao gồm hiện tượng căng mặt ngoài, hiện tượng dính ướt và không dính ướt, cùng với hiện tượng mao dẫn Những hiện tượng này thể hiện rõ ràng các đặc điểm của chất lỏng trong tự nhiên.
2.6 Hơi khô và hơi bão hoà
Các hiện tượng và quá trình nhiệt trong tự nhiên như bay hơi và ngưng tụ của chất lỏng đều liên quan đến khái niệm "độ ẩm không khí", xảy ra khi hai quá trình này đạt trạng thái cân bằng Khi chúng đạt đến trạng thái cân bằng động, sẽ hình thành khái niệm "hơi bão hòa".
II - CÁC DẠNG BTĐT VẬN DỤNG CÁC NỘI DUNG CHÍNH TRONG
Bài tập về nội năng và sự biến đổi nội năng của vật
4 Bài tập vận dụng nguyên lý I nhiệt động lực học và các máy nhiệt
5 Bài tập về sự nở vì nhiệt của các chất rắn, lỏng, khí
6 Bài tập liên quan đến các hiện tƣợng của chất lỏng: Hiện tƣợng căng mặt ngoài; hiện tƣợng dính ƣớt và không dính ƣớt; hiện tƣợng mao dẫn
7 Bài tập về sự bay hơi và ngƣng tụ
8 Bài tập về hơi bão hoà và độ ẩm không khí
III – LỰA CHỌN VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI MỘT SỐ BTĐT PHẦN
“VLPT VÀ NHIỆT HỌC” Ở LỚP 10 VÀ LỚP 11 THPT
Trong đề mục này, chúng tôi trình bày nội dung các bài tập đã lựa chọn
Chúng tôi cung cấp 22 bài tập cùng với hướng dẫn giải chi tiết cho từng bài Mục tiêu của phần hướng dẫn là tạo ra các tình huống vấn đề, yêu cầu học sinh phải vận dụng tư duy và suy luận logic để giải quyết, từ đó hoàn thành nhiệm vụ học tập một cách hiệu quả.
1 Bài tập vận dụng các nội dung của thuyết Động học phân tử:
BT1: Tại sao một cốc nước đã đầy tràn vẫn nhận thêm được một thìa con muối ăn?
Hướng dẫn giải: Áp dụng sơ đồ khái quát của tiến trình luận giải, ta có sơ đồ tiến trình luận giải của bài tập này nhƣ sau:
+) Thuật ngữ cần chú ý: “Nhận thêm”
+) Tình huống tƣ duy của bài toán là: Giải thích một hiện tƣợng vật lý?
Kích thước phân tử trong không gian chiếm chỗ củavật chất
Giữa các phân tử đó có khoảng cách
Các phân tử cấu tạo nên vật chất chuyển động không ngừng
Các phân tử có thể len lỏi vào trong các khoảng trống của các phân tử chất khác
Khi một cốc nước đầy được thêm một thìa muối ăn mà không bị tràn ra, điều này cho thấy thể tích của muối không làm tăng thể tích của hỗn hợp Vậy, câu hỏi đặt ra là các hạt muối đó đã mất đi đâu?
Trong cuộc sống, có thể thấy nhiều ví dụ tương tự như một ống gạo đầy tràn vẫn có thể tiếp nhận thêm một ít nước, hay một ống lạc đầy vẫn có thể chứa thêm một ít vừng.
So sánh sự tương tự giữa các hiện tượng trên?
Gạo và lạc trong hai trường hợp được so sánh với nước trong trường hợp đầu, trong khi nước và vừng trong hai trường hợp sau lại tương tự như muối trong trường hợp đầu.
Sự tương tự đó nói lên điều gì?
Gạo và lạc có khả năng hấp thụ nước và muối ăn nhờ vào cấu trúc hạt của chúng Khi nước và muối len lỏi vào các khoảng trống giữa các hạt gạo và hạt lạc, hiện tượng này cho thấy rằng nước cũng có cấu trúc tương tự, cho phép các phân tử muối dễ dàng thâm nhập vào.
Kết luận này liên quan đến thuyết động học phân tử, cung cấp cơ sở vật lý cho hiện tượng đã được đề cập.
Khi thêm các phân tử muối vào hỗn hợp mà thể tích không thay đổi, điều này cho thấy có khoảng trống giữa các phân tử nước để chứa muối Thuyết động học phân tử khẳng định rằng mọi chất được cấu tạo từ các hạt rất nhỏ (khoảng 10^-10 m) và giữa các phân tử này có khoảng cách nhỏ hơn nhiều so với kích thước của chính chúng.
Các phân tử của các chất khác nhau có cấu trúc đa dạng và luôn chuyển động, cho phép các phân tử muối len lỏi vào các khoảng trống giữa các phân tử nước Đây chính là nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này.
Mặt khác, khi tan vào nước, phân tử muối ăn sẽ bị phân ly :
NaCl Na + + Cl - làm cho sự tan vào nước của muối càng dễ dàng hơn
Trong bài tập này, các thao tác tư duy như so sánh, phân tích, trừu tượng hóa và tổng hợp đều cần thiết Trong đó, so sánh được xem là thao tác chủ yếu và quan trọng nhất Việc so sánh hiện tượng cần giải thích với các hiện tượng tương tự trong thực tế giúp học sinh phân tích và liên hệ đến kiến thức vật lý tương ứng, từ đó tạo nền tảng cho sự trừu tượng hóa và tổng hợp kiến thức.
Các phân tử khí tương tác với thành bình tạo ra áp suất, và áp suất này tác động lên thành bình gây ra lực Khi xem xét một bình hình nón cụt trên xe nhỏ, diện tích đáy S AB lớn hơn S CD, dẫn đến áp lực chất khí tác động lên chúng khác nhau Do đó, có thể tưởng tượng rằng xe sẽ chuyển động về bên trái Tuy nhiên, thực tế xe vẫn đứng yên Sai lầm trong suy luận nằm ở việc không xem xét sự cân bằng lực tác động lên xe.
Diện tích hai đáy AB và CD có mối liên hệ chặt chẽ với áp lực chất khí tác dụng lên chúng Khi áp suất khí giữ nguyên ở mọi phương, áp lực tác động lên hai đáy AB và CD lại khác nhau.
Mối liên hệ giữa hình dạng bình với áp lực của khí lên thành bình
Lực tổng hợp tác dụng lên bình theo phương ngang bằng 0
Trong bài tập này, tình huống tư duy thể hiện sự mâu thuẫn giữa kết quả thực tế và dự đoán ban đầu về hiện tượng chuyển động của xe Mặc dù áp suất khí được cho là bình đẳng trên mọi diện tích của thành bình, nhưng diện tích thành bình bên trái lớn hơn dẫn đến áp lực lớn hơn bên trái, khiến ta dự đoán xe sẽ chuyển động về bên trái Tuy nhiên, thực tế xe lại đứng yên Để giải quyết mâu thuẫn này, học sinh cần nắm rõ các khái niệm như áp suất chất khí và áp lực.
Theo định luật I Newton, một chiếc xe đứng yên phải chịu một lực tác dụng hoặc có hợp lực bằng không Điều này cho thấy cần có một lực hướng về bên phải để tăng cường lực đẩy lên CD Chúng ta chỉ xem xét các lực tác động lên thành xe theo phương ngang mà chưa tính đến các lực theo phương thẳng đứng Cần lưu ý rằng các thành này không nằm ngang, do đó áp lực vuông góc (F_AD và F_BC) cũng cần được xem xét.
Khi xe không di chuyển theo phương thẳng đứng mà lệch một góc, các lực tác dụng có thể được phân tích theo hai phương: phương ngang và phương thẳng đứng Thành phần lực theo phương thẳng đứng là cân bằng, trong khi tổng hợp các thành phần lực theo phương ngang tạo ra lực đẩy lên CD, giúp xe duy trì sự cân bằng.
BT3: Tại sao bia trong chai sủi rất nhiều bọt khi mới mở nút?
+) Thuật ngữ cần chú ý: “sủi bọt”, nghĩa là có bọt khí trong lòng chất lỏng sủi lên
+) Tình huống tƣ duy: giải thích một hiện tƣợng vật lý Hiện tƣợng đó nhƣ sau:
Khi mở nắp chai bia hoặc rượu, chúng ta thường thấy bọt khí sủi lên mạnh mẽ, đôi khi đủ mạnh để bật nắp lên và phát ra tiếng xịt hoặc tiếng nổ.
Bài tập về sự bay hơi và ngƣng tụ
8 Bài tập về hơi bão hoà và độ ẩm không khí
III – LỰA CHỌN VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI MỘT SỐ BTĐT PHẦN
“VLPT VÀ NHIỆT HỌC” Ở LỚP 10 VÀ LỚP 11 THPT
Trong đề mục này, chúng tôi trình bày nội dung các bài tập đã lựa chọn
Chúng tôi cung cấp 22 bài tập kèm theo hướng dẫn giải cho mỗi bài Mục tiêu của phần hướng dẫn là tạo ra các tình huống có vấn đề, buộc học sinh phải thực hiện các thao tác tư duy và suy luận logic để giải quyết vấn đề và hoàn thành nhiệm vụ học tập một cách hiệu quả.
1 Bài tập vận dụng các nội dung của thuyết Động học phân tử:
BT1: Tại sao một cốc nước đã đầy tràn vẫn nhận thêm được một thìa con muối ăn?
Hướng dẫn giải: Áp dụng sơ đồ khái quát của tiến trình luận giải, ta có sơ đồ tiến trình luận giải của bài tập này nhƣ sau:
+) Thuật ngữ cần chú ý: “Nhận thêm”
+) Tình huống tƣ duy của bài toán là: Giải thích một hiện tƣợng vật lý?
Kích thước phân tử trong không gian chiếm chỗ củavật chất
Giữa các phân tử đó có khoảng cách
Các phân tử cấu tạo nên vật chất chuyển động không ngừng
Các phân tử có thể len lỏi vào trong các khoảng trống của các phân tử chất khác
Khi thêm một thìa con muối vào cốc nước đã đầy, nước không bị tràn ra, cho thấy thể tích muối không làm tăng thể tích của hỗn hợp Vậy, các hạt muối đó đã đi đâu?
Trong cuộc sống, có nhiều ví dụ tương tự cho thấy sự tiếp nhận không giới hạn, như một ống gạo đầy vẫn có thể chứa thêm một ít nước, hay một ống lạc đầy vẫn có thể đón nhận thêm một chút vừng.
So sánh sự tương tự giữa các hiện tượng trên?
Gạo và lạc trong hai trường hợp được so sánh với nước trong trường hợp đầu, trong khi nước và vừng lại đóng vai trò tương tự như muối trong trường hợp đầu.
Sự tương tự đó nói lên điều gì?
Khi quan sát hiện tượng gạo và lạc hấp thụ nước, ta nhận thấy rằng nước len lỏi vào các khoảng trống giữa các hạt Tương tự, hiện tượng nước hòa tan muối ăn cũng có thể được giải thích bằng cách này, khi các phân tử muối thâm nhập vào các khoảng trống giữa các hạt gạo và lạc Sự sắp xếp của các phân tử nước giống như cấu trúc của hạt gạo và hạt lạc, cho phép chúng tương tác và hòa tan hiệu quả.
Kết luận này liên quan đến thuyết động học phân tử, là nền tảng vật lý giải thích hiện tượng đã đề cập.
Khi thêm các phân tử muối vào hỗn hợp mà thể tích không thay đổi, điều này chứng tỏ có khoảng trống giữa các phân tử nước để chứa các phân tử muối Thuyết động học phân tử xác nhận rằng mọi chất được cấu tạo từ các hạt nhỏ bé (kích thước khoảng 10^-10 m) và giữa các phân tử này có khoảng cách rất nhỏ nhưng lớn hơn kích thước của chính chúng.
Các phân tử muối, với kích thước xấp xỉ 10^-9 m, có cấu trúc khác biệt so với các chất khác và luôn chuyển động Sự chuyển động này cho phép chúng len lỏi vào các khoảng trống giữa các phân tử nước, dẫn đến hiện tượng hòa tan muối trong nước.
Mặt khác, khi tan vào nước, phân tử muối ăn sẽ bị phân ly :
NaCl Na + + Cl - làm cho sự tan vào nước của muối càng dễ dàng hơn
Trong bài tập này, việc áp dụng các thao tác tư duy như so sánh, phân tích, trừu tượng hóa và tổng hợp là rất cần thiết Trong đó, so sánh đóng vai trò chủ yếu và quan trọng nhất, giúp học sinh liên kết hiện tượng cần giải thích với các hiện tượng tương tự trong thực tế Điều này không chỉ hỗ trợ phân tích mà còn tạo nền tảng cho việc trừu tượng hóa và tổng hợp kiến thức vật lý tương ứng.
Các phân tử khí tương tác với thành bình, tạo ra áp suất chất khí, gây ra áp lực lên thành bình Trong trường hợp bình hình nón cụt đặt trên xe nhỏ, diện tích đáy S AB lớn hơn S CD, dẫn đến áp lực chất khí tác động lên chúng khác nhau Do đó, có thể nghĩ rằng xe sẽ chuyển động về bên trái Tuy nhiên, thực tế xe vẫn đứng yên, cho thấy có sự sai lầm trong suy luận.
Mối liên hệ giữa diện tích hai đáy AB và CD với áp lực chất khí tác dụng lên chúng khi áp suất khí đồng nhất cho thấy áp lực tác dụng lên hai đáy này là khác nhau.
Mối liên hệ giữa hình dạng bình với áp lực của khí lên thành bình
Lực tổng hợp tác dụng lên bình theo phương ngang bằng 0
Trong bài tập này, tình huống tư duy đặt ra là kết quả thực tế của hiện tượng trái ngược với dự đoán ban đầu, dẫn đến mâu thuẫn trong nhận thức về chuyển động nhiệt của các phân tử khí Theo lý thuyết, áp suất là đồng nhất trên mọi diện tích của thành bình, nhưng diện tích thành bình bên trái lớn hơn sẽ tạo ra áp lực lớn hơn, khiến xe phải chuyển động về bên trái Tuy nhiên, thực tế xe lại đứng yên, cho thấy sự thiếu sót trong suy luận logic Để giải quyết mâu thuẫn này, học sinh cần nắm vững các khái niệm như áp suất chất khí và áp lực.
Theo định luật I Newton, một xe đứng yên phải chịu hoặc không có lực tác dụng, hoặc tổng hợp lực bằng không Điều này cho thấy cần có một lực tác động theo hướng bên phải để tăng cường lực đẩy lên CD Chúng ta đã xem xét các lực tác dụng lên thành xe theo phương ngang, nhưng chưa phân tích đến phương thẳng đứng từ các thành trên và dưới Cần lưu ý rằng các thành này không nằm ngang, do đó áp lực vuông góc F_AD và F_BC cũng cần được xem xét.
Lực tác dụng lên xe không theo phương thẳng đứng mà lệch một góc, do đó có thể phân tích thành hai phương: phương ngang và phương thẳng đứng Các thành phần lực theo phương thẳng đứng là cân bằng nhau, trong khi tổng hợp các thành phần lực theo phương ngang tạo ra lực tăng cường đẩy lên CD, dẫn đến sự cân bằng của xe.
BT3: Tại sao bia trong chai sủi rất nhiều bọt khi mới mở nút?
+) Thuật ngữ cần chú ý: “sủi bọt”, nghĩa là có bọt khí trong lòng chất lỏng sủi lên
+) Tình huống tƣ duy: giải thích một hiện tƣợng vật lý Hiện tƣợng đó nhƣ sau:
Khi mở nắp chai bia hoặc rượu, bọt khí thường sủi lên mạnh mẽ, có thể khiến nắp bật lên kèm theo tiếng xịt hoặc tiếng nổ.