PHẦN MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Hệ thống bài tập vật lý ở trường trung học cơ sở hiện nay yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức để giải thích và dự đoán hiện tượng thực tế Giáo viên cần tìm phương pháp phù hợp để hướng dẫn học sinh lập luận và suy luận chính xác, từ đó giúp học sinh áp dụng kiến thức lý thuyết vào giải quyết bài tập Hoạt động này không chỉ rèn luyện kỹ năng giải quyết bài tập vật lý mà còn hình thành kỹ năng tự học cho học sinh Đề tài này giới thiệu cho giáo viên một số cách suy nghĩ và đặt câu hỏi nhằm hỗ trợ học sinh tìm ra lời giải cho bài tập cơ học trong chương trình vật lý một cách hiệu quả và dễ hiểu Qua đó, giáo viên có thể tự tìm phương pháp giảng dạy phù hợp để nâng cao hiệu quả dạy và học.
Mục đích nghiên cứu
Lựa chọn và hướng dẫn học sinh giải bài tập giúp phát triển năng lực vận dụng, tổng hợp kiến thức và kỹ năng một cách tích cực, tự lực và sáng tạo Điều này cần được thực hiện nhanh chóng và hiệu quả, phù hợp với từng đối tượng học sinh.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đề tài “MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐẶT CÂU HỎI VÀ GIẢI BÀI TẬP
CƠ HỌC TRONG MÔN VẬT LÝ THCS” được nghiên cứu và viết dựa vào đặc điểm tâm sinh lí của các đối tượng học sinh THCS.
Phương pháp nghiên cứu
Trong lĩnh vực khoa học tự nhiên, tác giả áp dụng các phương pháp đặc trưng như phương pháp thí nghiệm vật lý, phương pháp thực nghiệm, phương pháp dạy học theo nhóm, phương pháp dạy học một hiện tượng vật lý, phương pháp dạy học một đại lượng vật lý, và phương pháp dạy học một định luật vật lý Những phương pháp này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy mà còn tạo điều kiện cho học sinh tiếp cận và hiểu biết sâu sắc hơn về các khái niệm vật lý.
Kế hoạch nghiên cứu
-Tháng 8 – 12 năm 2016: thu thập thông tin tài liệu, nghiên cứu lý thuyết, lên kế hoạch, viết đề cương chi tiết
- Tháng 1/2016-> tháng 1 năm 2017 triển khai thực hiện đề tài
- Tháng 2-4/2017 Thu thập kết quả, viết đề tài
Cơ sở lí luận liên quan đến đề tài nghiên cứu
Cơ sở lí luận
Bài tập vật lý giúp học sinh áp dụng kiến thức lý thuyết để giải quyết các vấn đề cụ thể, thường dưới hai dạng: giải thích và dự đoán hiện tượng Giải thích hiện tượng liên quan đến việc xác định nguyên nhân dựa trên các tính chất và định luật vật lý đã biết, không phải theo ý kiến chủ quan Tương tự, dự đoán hiện tượng cũng cần dựa vào những kiến thức khái quát về tính chất và định luật để đưa ra dự đoán chính xác.
Bài tập trong vật lý được chia thành hai loại: định tính và định lượng Bài tập định tính yêu cầu lập luận logic để chỉ ra nguyên nhân hoặc dự đoán hiện tượng, trong khi bài tập định lượng cần tính toán giá trị cụ thể của các đại lượng Đặc biệt, ở trình độ trung học cơ sở, bài tập định tính rất quan trọng vì giúp học sinh nắm vững tính chất và quy luật của sự vật, đồng thời phát triển khả năng lập luận chặt chẽ Ngược lại, bài tập định lượng thường chỉ yêu cầu các phép tính đơn giản, nhằm giảm bớt tính toán phức tạp và tránh việc học sinh áp dụng công thức một cách máy móc Quá trình giải bài tập định lượng cần bắt đầu từ khía cạnh định tính, với việc xác định công thức phù hợp với tính chất của hiện tượng Do đó, việc đặt câu hỏi và định hướng cho học sinh để họ hiểu và phát hiện ra hiện tượng là rất quan trọng, nhưng cũng đầy thách thức cho giáo viên Vì lý do này, tôi chọn đề tài: “Một số phương pháp đặt câu hỏi và giải bài tập cơ học trong môn vật lý THCS.”
Cơ sở thực tiễn
Các bước chung để giải một bài tập vật lý: a) Bước 1: Tìm hiểu đề bài, đó là:
- Tìm hiểu ý nghĩa vật lý của các từ ngữ trong đề bài và diễn đạt lại bằng ngôn ngữ vật lý
- Biểu diễn các địa lượng vật lý bằng các ký hiệu, các chữ cái quen dùng theo quy ước trong sách giáo khoa
- Vẽ hình (nếu cần thiết)
- Tóm tắt đề bài: xác định dữ kiện đã cho và dữ kiện cần tìm của bài tập b) Bước 2: Phân tích hiện tượng vật lý, đó là:
Để xác định hiện tượng nêu trong đề bài thuộc phần kiến thức vật lý nào, cần xem xét các khái niệm, định luật và quy tắc liên quan Việc phân tích này giúp người đọc hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa hiện tượng và các nguyên lý vật lý cơ bản, từ đó áp dụng vào thực tiễn một cách hiệu quả.
Khi đối mặt với hiện tượng vật lý phức tạp, hãy phân tích chúng thành các hiện tượng đơn giản hơn, mỗi hiện tượng chỉ chịu ảnh hưởng bởi một nguyên nhân, một quy tắc hoặc một định luật vật lý cụ thể.
Để hiểu rõ hiện tượng vật lý, cần xác định các giai đoạn diễn biến của nó và các định luật, quy tắc mà mỗi giai đoạn tuân theo Bước tiếp theo là xây dựng lập luận cho việc giải bài tập, bao gồm các bước cần thiết để phân tích và giải quyết vấn đề.
Để tìm ra mối liên hệ giữa dữ kiện đã cho và dữ kiện cần tìm trong bài tập, cần trình bày các lập luận logic một cách có hệ thống Có hai phương pháp chính để thực hiện điều này: phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp.
Phân tích là quá trình bắt đầu từ dữ kiện cần tìm, thông qua các mối quan hệ trung gian để xác lập các liên hệ dẫn đến dữ kiện đã cho Cuối cùng, phương pháp này giúp tìm ra mối liên hệ trực tiếp giữa dữ kiện cần tìm và dữ kiện đã cho, giúp học sinh trung học cơ sở dễ dàng tiếp cận vấn đề hơn.
Tổng hợp thông tin bắt đầu từ các dữ kiện có sẵn, qua việc xác lập các mối quan hệ trung gian để dần dần dẫn đến dữ kiện cần tìm Cuối cùng, quá trình này giúp chúng ta xác định mối liên hệ trực tiếp giữa dữ kiện đã cho và dữ kiện cần tìm.
Để thực hiện tính toán định lượng, trước tiên cần lập các công thức liên quan đến đại lượng đã biết và đại lượng cần tìm Sau đó, tiến hành các phép biến đổi toán học nhằm đưa về một phương trình có chứa các đại lượng đã biết và ẩn số là đại lượng cần xác định.
- Đổi đơn vị các đại lượng về cùng một hệ đơn vị và thức hiện tính toán d) Bước 4: Kiểm tra và biện luận về kết quả thu được
- Kiểm tra xem các biến đổi toán học có chính xác chưa Có thể kiểm tra bằng cách giải khác
- Biện luận xem kết quả thu được đã đầy đủ chưa, những kết quả được chọn có phù hợp với thực tế hay không.
Giải pháp chủ yếu để thực hiện đề tài
Các giải pháp chủ yếu
Hoạt động giải bài tập vật lý cần thiết phải là sự tự lực của học sinh trong việc vận dụng kiến thức vào các vấn đề cụ thể Giáo viên đóng vai trò quan trọng trong việc hướng dẫn học sinh phân tích hiện tượng, nhận rõ diễn biến và xác định các tính chất, nguyên nhân cũng như quy luật chi phối Đối với bài tập định lượng, cần bắt đầu từ phân tích định tính để chọn công thức tính toán phù hợp Hơn nữa, giáo viên cần nắm vững phương pháp suy luận logic và nhận thức vật lý để hỗ trợ học sinh áp dụng hiệu quả những phương pháp này trong quá trình học tập.
Suy nghĩ tìm lời giải là một hoạt động trí não không thể quan sát trực tiếp, vì vậy giáo viên không thể làm mẫu cho học sinh bắt chước Thay vào đó, giáo viên cần đưa ra một hệ thống câu hỏi để hướng dẫn và định hướng suy nghĩ của học sinh Dựa vào kết quả trả lời của học sinh, giáo viên có thể xác định độ chính xác và điều chỉnh các câu hỏi cho phù hợp hơn Để xây dựng hệ thống câu hỏi hiệu quả, giáo viên cần giải bài tập theo trình tự các bước để dự đoán những khó khăn mà học sinh có thể gặp phải, từ đó đặt ra các câu hỏi phù hợp Quá trình hướng dẫn học sinh trong việc tìm tòi lời giải có thể thực hiện theo từng bước cụ thể.
Để giúp học sinh nắm vững kiến thức vật lý, việc rèn luyện thói quen thực hiện bốn bước giải bài tập là rất quan trọng Học sinh cần tránh làm tắt, làm vội và chú ý đến việc phân tích hiện tượng vật lý trong mỗi bước giải Qua việc luyện tập nhiều lần, học sinh sẽ trở nên quen thuộc với quy trình giải bài tập, từ đó nâng cao khả năng hiểu biết và áp dụng kiến thức.
Hướng dẫn học sinh phân tích hiện tượng vật lý bằng cách đặt ra những câu hỏi gợi ý giúp các em chú ý đến các dấu hiệu liên quan đến hiện tượng đã biết hoặc bị chi phối bởi các quy luật và tính chất đã học Mỗi phần trong chương trình vật lý thường có những hiện tượng điển hình cần ghi nhớ Khi học sinh xác định được hiện tượng điển hình, việc tìm ra lời giải cho bài toán sẽ trở nên dễ dàng hơn.
Học sinh cần xây dựng lập luận trong quá trình giải bài tập, đây là bước quan trọng giúp các em thực hiện nhiều phép suy luận dưới sự hướng dẫn của giáo viên Đặc biệt, trong các bài tập giải thích hiện tượng, giáo viên có thể chỉ dẫn học sinh theo các bước suy luận chung để phát triển khả năng tư duy logic và hiểu biết sâu sắc hơn về vấn đề.
+ Phân tích hiện tượng đã cho trong đề bài thành những hiện tượng điểm hình đã biết
+ Nhớ lại và phát biểu thành lời những tính chất, định luật chi phối hiện tượng điển hình đó
Để xây dựng một lập luận vững chắc, trước tiên cần xác lập mối liên hệ giữa quy luật chung và hiện tượng cụ thể được đề cập Điều này bao gồm việc tìm ra tiên đề thứ nhất, xác định tiên đề thứ hai và từ đó đưa ra kết luận Sau khi đã có chuỗi lập luận rõ ràng, cần phối hợp chúng lại để giải thích nguyên nhân của hiện tượng đã được nêu trong đề bài, từ đó làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lý thuyết và thực tiễn.
Hiểu và áp dụng các quy tắc logic học để xây dựng lập luận chính xác là một thách thức đối với học sinh trung học cơ sở Do đó, giáo viên nên lựa chọn các hình thức suy luận đúng để giúp học sinh dần làm quen Khi học sinh mắc lỗi, giáo viên có thể đặt câu hỏi hoặc đưa ra gợi ý để giúp học sinh nhận ra sai sót Ví dụ, nếu học sinh hiểu sai định luật được sử dụng làm tiên đề thứ nhất, giáo viên nên yêu cầu học sinh nhắc lại định luật đó để củng cố kiến thức.
Tổ chức triển khai thực hiện
2.1 Bài tập về tốc độ trung bình và tổng hợp vận tốc
2.1.1 Những kiến thức cần thiết:
- Sự thay đổi vị trí của vật này đối với vật khác theo thời gian gọi là chuyển động cơ học
Khi nói về chuyển động hay trạng thái đứng yên của một vật, cần xác định vật mốc để so sánh Một vật có thể chuyển động đối với một vật mốc nhưng lại đứng yên so với vật mốc khác Thông thường, mặt đất được sử dụng làm vật mốc để đơn giản hóa việc xác định chuyển động Do đó, chuyển động cơ học là một khái niệm tương đối.
- Chuyển động thẳng đều là chuyển động thẳng trong đó vật đi được những quãng đường bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau bất kì
Vận tốc của chuyển động thẳng đều phản ánh tốc độ của chuyển động, được tính bằng quãng đường mà vật di chuyển trong một đơn vị thời gian.
Đơn vị đo vận tốc được xác định dựa trên đơn vị đo đường đi và thời gian Khi khoảng cách được đo bằng mét (m) và thời gian bằng giây (s), vận tốc sẽ được tính bằng mét trên giây (m/s), đây là đơn vị tiêu chuẩn cho vận tốc.
Ta hay gặp phép quy đổi: 1 m/s = 100 cm/s = 3,6 km/h
Trong chuyển động thẳng đều, vận tốc có giá trị không đổi
Trong chuyển động thẳng đều, quãng đường đi tỉ lệ thuận với thời gian, được thể hiện qua công thức s = v.t, trong đó v là một hằng số Công thức này cũng áp dụng cho chuyển động đều trên đường cong.
Vận tốc của một vật là khái niệm tương đối, nghĩa là cùng một vật có thể di chuyển nhanh đối với một vật mốc nhưng lại chậm đối với một vật khác Để xác định vận tốc, cần chỉ rõ vật nào được dùng làm mốc so sánh Do đó, khi nói về vận tốc, cần làm rõ đối tượng mà chúng ta đang so sánh.
Trong chuyển động không đều, tỉ số giữa quãng đường (s) và thời gian (t) cho phép tính toán vận tốc trung bình (vtb) theo công thức: vtb = s/t Cần lưu ý một số phương pháp khi áp dụng công thức này để đảm bảo tính chính xác trong việc xác định vận tốc.
Chuyển động và vận tốc có tính tương đối, vì vậy khi nói về chúng, cần xác định rõ vật chuyển động so với vật mốc nào và vận tốc của vật so với vật mốc nào.
Rèn luyện cho học sinh sử dụng công thức toán học là cần thiết để phát triển khả năng lập luận chính xác và giúp các em quen dần với việc áp dụng toán học trong học tập môn vật lý.
Trong các bài toán về cộng vận tốc, việc áp dụng tính tương đối của chuyển động và công thức cộng vận tốc là rất quan trọng Tuy nhiên, do học sinh chưa được học công thức này, giáo viên cần hướng dẫn để tránh việc sử dụng trực tiếp công thức mà không hiểu rõ.
Công thức vận tốc tương đối v = s/t cho phép suy ra công thức cộng vận tốc Khi các vật chuyển động cùng chiều với vật mốc, nên chọn vật có vận tốc nhỏ hơn làm mốc mới để phân tích chuyển động Trong trường hợp này, nếu v là vận tốc của vật và u là vận tốc của vật mốc mới, thì vận tốc của vật so với vật mốc mới sẽ được tính bằng công thức: (v - u).
+ Khi vật chuyển động ngược chiều với vật mốc mới, vận tốc của vật so với vật mốc mới là: (v + u)
Khi giải quyết các bài toán liên quan đến sự thay đổi khoảng cách l trong thời gian t giữa hai vật chuyển động với vận tốc v1 và v2 trên cùng một đường thẳng, giáo viên có thể hướng dẫn học sinh lập luận để đạt được những kết quả tổng quát.
+ Khi hai vật chuyển động ngược chiều nhau: l = v1t + v2t
+ Khi hai vật chuyển động cùng chiều nhau: l = |v 1 t - v 2 t|
- Đối với các bài toán về vận tốc trung bình, giáo viên nên hướng dẫn cho học sinh bắt đầu phép phân tích từ công thức chung nhất: vtb = s t
Thông thường, quãng đường s được chia thành các quãng đường nhỏ s 1 , s 2 ,
…, sn và thời gian vật chuyển động trên các quãng đường ấy tương ứng là t1, t2,
…, tn thì vận tốc trung bình trên cả quãng đường được tính theo công thức: vtb = 1 2
Nếu biết vận tốc trên các đoạn đường tương ứng là v1, v2,…, vn thì có thể tính: v tb = 1 2
Chú ý: Vận tốc trung bình khác với trung bình của các vận tốc
Bài tập 1: (tính tương đối của chuyển động, gặp nhau, cách nhau một đoạn l)
Hai xe chuyển động từ hai địa điểm A và B cách nhau 3,9 km với vận tốc lần lượt là 12 m/s và 14 m/s a) Người ngồi trên xe từ A sẽ thấy xe từ B di chuyển với vận tốc 26 m/s b) Hai xe sẽ gặp nhau sau khoảng 90 giây c) Sau khoảng 39 giây, hai xe sẽ cách nhau 1,3 km.
Xe đi từ A về B có vận tốc vA = 12 m/s
Xe đi từ B về A có vận tốc vB = 14 m/s
- Vận tốc của xe B so với xe A
- Thời gian để hai xe đi gặp nhau
- Thời gian để hai xe đi cách nhau 1300m
B Hướng dẫn đặt câu hỏi cho học sinh:
- Nói vận tốc của xe A là 12 m/s và vận tốc của xe B là 14 m/s là nói vận tốc so với vật mốc nào?
- Trong thời gian t thì xe A đi về phía B một đoạn đường là bao nhiêu? Xe B đi về phía A một đoạn đường là bao nhiêu?
- Trong thời gian t, xe B đi lại gần xe A một đoạn đường là bao nhiêu?
- Dựa vào định nghĩa vận tốc, hãy tính vận tốc của xe B so với xe A
- Lúc đầu xe B cách xe A một đoạn 3900m Biết vận tốc của xe B đối với xe
A Phải dùng công thức nào để tìm thời gian hai xe gặp nhau?
- Để tính thời gian, ta cần biết quãng đường đi Hãy tính quãng đường xe B đi so với xe A để hai xe cách nhau 1300m
- Phải dùng công thức nào để tìm thời gian hai xe cách nhau 1300m?
C Giải: a) Muốn biết vận tốc của xe B đối với xe A, ta phải tìm xem trong thời gian t bất kì thì xe B lại gần xe A một đoạn đường là bao nhiêu
Trong thời gian t, xe A di chuyển quãng đường s1 = vA.t về phía B, trong khi xe B di chuyển quãng đường s2 = vB.t về phía A Do đó, trong khoảng thời gian t, xe B đã lại gần xe A một quãng đường tổng cộng s = s1 + s2 = vA.t + vB.t = (vA + vB)t.
Vận tốc của xe B đối với xe A là: v = s t = ( v A v t B ) t
Tốc độ tổng hợp của hai xe A và B là 26 m/s, với xe A di chuyển 12 m/s và xe B di chuyển 14 m/s Thời gian để hai xe gặp nhau bằng thời gian mà xe B di chuyển quãng đường bằng khoảng cách ban đầu giữa hai xe, so với xe A.
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC TRONG QUÁ TRÌNH GIẢNG DẠY
Trong suốt hai năm thực hiện đề tài, nhờ vào sự hỗ trợ của các thiết bị dạy học hiện đại và nỗ lực cá nhân, tôi đã đạt được nhiều kết quả tích cực trong quá trình giảng dạy.
Học sinh cần phát triển hứng thú với môn Vật lý và áp dụng kiến thức vào cuộc sống Điều này bao gồm việc quan sát tự nhiên một cách trung thực, tỉ mỉ và chính xác để thu thập thông tin và giải thích các hiện tượng thú vị Họ cũng nên có tinh thần hợp tác trong học tập, bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng, đồng thời đưa ra những ý tưởng và sáng kiến hữu ích cho cuộc sống và học tập.
Học sinh tích cực tìm tòi và giải quyết các bài tập khó, đề xuất phương án giải sáng tạo, từ đó nâng cao chất lượng môn vật lý Trong năm học 2016-2017, số lượng học sinh khá, giỏi tăng 12% so với năm trước, trong khi học sinh yếu kém giảm đáng kể Hầu hết học sinh nhận thức được mối liên hệ giữa các hiện tượng tự nhiên, khoa học và đời sống hàng ngày với kiến thức vật lý, giúp các em áp dụng kiến thức vào thực tiễn và phát triển năng lực toàn diện Đề tài này cung cấp tài liệu tham khảo hữu ích cho giáo viên vật lý trung học cơ sở về cách suy nghĩ và lập luận để giải bài tập cơ học, từ đó giáo viên có thể tìm ra phương pháp phù hợp để hướng dẫn học sinh, nâng cao hiệu quả và chất lượng giáo dục.