Khóa luận Nghiên cứu, sử dụng bài tập chương Các định luật bảo toàn nhằm phát huy tính tích cực, chủ động trong học tập Vật lý của học sinh lớp 10

n bằng. 1. Các mục tiêu HS cần đạt được: - Kiến thức: vận dụng được công thức tính cơ năng, định luật bảo toàn cơ năng đối với vật chịu tác dụng của lực đàn hồi. - Kỹ năng: phân tích, làm việc theo nhóm, vận dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề đặt ra trong bài toán. 2. Tóm tắt: k = 80 N/m ; cm2=∆l = 0,02 m; v1 = 0 Tính: vCB = ? 3. Phân tích bài toán: Hệ vật và lò xo chuyển động không ma sát trên mặt bàn nằm ngang và trọng lực cân bằng với phản lực là hệ cô lập. Do đó có thể dùng định luật bảo toàn cơ năng để tính vận tốc của vật khi qua vị trí cân bằng. 4. Giải: - Vì trọng lực cân bằng với phản lực của mặt bàn và bỏ qua lực ma sát nên hệ vật – lò xo là cô lập. Cơ năng của hệ ở vị trí lò xo bị nén: W1 = ( )221 2 1 2 1 l∆+ kmv = ( )2 2 1 l∆k J Cơ năng của hệ ở vị trí cân bằng: WCB = ( )22 2 1. 2 1 l∆+ kvm CB = 2.2 1 CBvm J Vì hệ cô lập nên áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta được: W1= WCB ( )2 2 1 l∆k = 2. 2 1 CBvm ( ) sm m k m kvCB /4,02,0 8002,0. 2 ==∆=∆=⇒ ll 5. Kiểm tra: - Kiểm tra lại các bước tính toán và số liệu, kiểm tra kết quả tính toán Trang 38 Bài 10: Một hòn bi có khối lượng m = 3 kg chuyển động thẳng đều trên đường nằm ngang với vận tốc v = 5 m/s gia tốc trọng trường g 2/10 sm≈ . Hệ số ma sát giữa vật và mặt đường là k = 0,4 a) Hãy tính : - Động lượng, động năng - Công, công suất trên mỗi kilômet đường nằm ngang. b) Hòn bi chuyển động đến va chạm xuyên tâm với hòn bi khác có khối lượng m1 = 2 kg. Tìm vận tốc của các hòn bi sau va chạm nếu va chạm là hoàn toàn đàn hồi. c) Giả sử sau va chạm hòn bi 1 bay lên khỏi mặt đất với vận tốc ban đầu 3 m/s hướng chếch lên trên hợp với phương ngang một góc 600. Bỏ qua sức cản không khí hãy tính vận tốc của bi 1 lúc chạm đất và độ cao cực đại mà hòn bi 1 đạt được. 1. Các mục tiêu HS cần đạt được: - Kiến thức: vận dụng được các công thức đã học trong chương định luật bảo toàn giải bài toán. - Kỹ năng: phân tích, suy luận, làm việc khoa học. 2. Tóm tắt: m= 3 kg; v = 5 m/s; k= 0,4 ; s = 1 km = 1000 m m1 = 2 kg; v1 = 0; 060=α ; vO = 3m/s a) p=? ; Wđ=? ; A = ? ; P = ? b) v’= ? ; v’1=? c)vCĐ = ? hmax = ? 3. Phân tích bài toán: Đây là bài toán vật chuyển động thẳng đều. Ta áp dụng công thức tính động lượng, động năng của vật. Tính công A thao công thức A= F.s.cosα và công suất theo công thức:P = vF t A .= . Vật muốn chuyển động được thì lực kéo phải bằng lực ma sát. Tính được lực kéo F ta sẽ dễ dàng tính được A và P Với câu 2 là va chạm đàn hồi. Với va chạm đàn hồi thì động lượng, động năng của hệ là bảo toàn nên ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng, động năng để tính vận tốc của vật sau va chạm. Câu 3 bỏ qua sức cản không khí cơ năng bảo toàn ta sẽ áp dụng định luật bảo toàn cơ năng tìm vận tốc và độ cao cực đại của vật. 4. Giải: a) Động lượng của vật: p= m.v = 3. 5 = 15 kg.m/s Động năng : Wđ = Jvm 5,375.3. 2 1. 2 1 22 == Công của lực kéo : A = F.s.cosα ( )1cos0 =⇒= αα sFA .=⇒ (1) Trọng lực cân bằng với phản lực nên vật muốn chuyển động thì lực kéo phải bằng lực ma sát: F= Fms = k.N = k.m.g = 0,4.3.10 = 12 N (1) JA 310.12=⇒ Công suất : P = F.v = 12.5 = 60 W Trang 39 b) Chọn chiều dương là chiều chuyển động ban đầu của hòn bi thứ I Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: p = - p’ + p’1 m.v = - m.v’ + m1.v’1 (2) Định luật bảo toàn động năng: 2'11 22 11 2 . 2 1'. 2 1. 2 1 2 1 vmvmvmmv +=+ 2'11 22 .'. vmvmmv +=⇒ (3) Từ (2) v à (3) biến đổi ta tính được v’ = - 2,65 m/s ; smv /53,3'1 = c) y D Chọn gốc thế năng tại O. Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: WO = WD smvvmvmv zzmgzmvmgzmv ODDO DODDOO /3 2 1 2 1 )0,0( 2 1 2 1 22 22 ==⇒=⇒ ==+=+ Gọi H điểm mà tại đó vật đạt độ cao cực đại. Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: WO = WH HHOO mgzmvmgzmv +=+ 22 2 1 2 1 (4) zO = 0 Tại H: vy = 0, vx = vO cosα αcosOxH vvv ==⇒ (8) α22max2 cos.2 1 2 1 OO vmmgzmv +=⇒ )cos1( 2 2 2 max α−=⇒ g v h O ≈0,34 m 5. Kiểm tra: - Kiểm tra lại các bước tính toán, kết quả hmax O H α x Trang 40 - Khi bỏ qua ma sát và sức cản không khí thì cơ năng của hệ luôn bảo toàn. - Trong câu c vận tốc của vật khi chạm đất bằng với vận tốc lúc mới bắt đầu bay lên khỏi mặt đất. Bài 11: Một vật trượt trên mặt phẳng nghiêng có độ cao z0 = 2m như hình vẽ 4: a) Vật nặng 5 kg, hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng là 0,1. Lấy g = 9,8 m/s2. Hãy tính công của trọng lực, công của lực ma sát, công của áp lực giữa vật và mặt phẳng nghiêng. Khi vật ở độ cao 1m. b) Thả cho vật trượt không ma sát trên mặt phẳng nghiêng. Hãy tính thế năng của vật ở vị trí có vận tốc v = 2 m/s. Tính vận tốc của vật lúc chạm đất. 1. Các mục tiêu HS cần đạt được: - Kiến thức: biết vận dụng các công thức trong chương các định luật bảo toàn để giải bài toán. - Kỹ năng: suy luận, phân tích, tính tích cực tìm tòi trong học tập, tinh thần làm việc tập thể, làm việc theo nhóm. 2. Tóm tắt: 030=α ; m = 5 kg ; 1,0=µ z0 = 2m; z = 1m v = 2 m/s a) AP= ?; Ams=?; Aáp lực =? b) Wt =?; vcđ = ? 3. Phân tích bài toán: Câu 1 yêu cầu tính công của trọng lực, công của lực ma sát, công của áp lực giữa vật và mặt phẳng nghiêng. Ta cũng áp dụng công thức tính công của trọng lực A = P.z. Công của lực ma sát A= - Fms.s. Công của áp lực bằng không vì P2 vuông góc với mặt phẳng nghiêng Khi bỏ qua ma sát cơ năng của hệ bảo toàn. Ta sẽ áp dụng công thức Wđ= 2 2 1 mv để tính động năng và công thức Wt= mgz để tính cơ năng. Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng để tính vận tốc vật ở chân dốc. 4. Giải: a) msF r 1P r 2P r P r 300 P r msF r 030 Hình 4 N r Trang 41 Khi vật ở độ cao 1m: s = m2 5,0 1 = Công của trọng lực: AP= F.s.cosα =P1.s.cosα = 5.9,8.2.cos300 = 84,87 J Công của lực ma sát: Ams= k.N=k.P2.sin300 = 0,1.5.9,8.sin300 = 2,45J Công của áp lực giữa vật và mặt phẳng nghiêng: AP2=0 (P2 vuông góc với mặt phẳng nghiêng) b) Gọi: W0 là cơ năng ở vị trí ban đầu. W là cơ năng ở vị trí có vận tốc 2 m/s W0 = Wt0 + Wđ0 = Wt0 W = Wt + Wđ = Wt + 2. 2 1 vm W0 = W Wt0 = Wt + 2.2 1 vm 22.5 2 12.8,9.5 −=⇒ tW = 78 J • Vận tốc của vật khi chạm đất: Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: W0 = Wcđ 20 .2 1 cdmvmgz =⇒ ⇒vcđ = 2.8,9.22 0 =gz = 6,26 m/s 5. Kiểm tra, biện luận: - Kiểm tra các phép tính toán và kết quả. - Trong nhiều trường hợp một bài tập khi sử dụng định luật bảo toàn năng lượng sẽ đơn giản hơn là dùng phương pháp động lực học. III. Soạn thảo tiến trình dạy học với các bài tập Vật lý trong chương “ Các định luật bảo toàn” 1. Giáo án 1: giải bài tập về tính động lượng của một vật, hệ vật, độ biến thiên động lượng, định luật bảo toàn động lượng. Tiết: 40 a) Mục tiêu, yêu cầu: - Kiến thức: củng cố kiến thức về động lượng, định luật bảo toàn động lượng, mối liên hệ giữa độ biến thiên động lượng và lực tác dụng. - Kỹ năng: Rèn luyện kỹ năng phân tích, vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề đặt ra trong bài toán. Trang 42 Vận dụng công thức tính động lượng, định luật bảo toàn động lượng….giải các bài toán tương tự và nâng cao.. - Thái độ: Xây dựng lòng say mê học tập, tính tích cực tìm tòi các bài tập tương tự ở sách bài tập và các tài liệu tham khảo khác, làm việc theo nhóm, làm việc tập thể…. b) Kế hoạch dạy học: Giáo viên: -Giáo án. - Chia học sinh thành các nhóm nhỏ ( 10 nhóm) mỗi nhóm là 4 học sinh. Học sinh: - Xem lại các công thức đã học trong bài động lượng và định luật bảo toàn động lượng. c) Nội dung lên lớp: Hoạt động 1(3 phút): Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ * Kiểm tra bài cũ: 1/ Nêu định nghĩa và ý nghĩa động lượng? 2/ Phát biểu và viết biểu thức của định luật bảo toàn động lượng? * Trên cơ sở HS đã học về động lượng và định luật bảo toàn động lượng. Giáo viên hướng dẫn để học sinh lập luận giải 2 bài tập Hoạt động 2( 25 phút): giải bài tập về tính động lượng, độ biến thiên động lượng Bài toán 1: Quả bóng A có khối lượng m = 1 kg đang chuyển động với vận tốc vA = 15 m/s a) Hãy tính động lượng của quả bóng? b) Một quả bóng B có khối lượng 2 kg chuyển động với vận tốc vB = 10 m/s. Hãy xác định độ lớn động lượng của hệ 2 bóng A- B khi: • BA vv rr ↑↑ • BA vv rr ↑↓ • BA vv rr ⊥ c) Bóng A bay đến đập vào tường với góc tới o0=α . Hướng vận tốc của bóng trước và sau va chạm tuân theo qui luật phản xạ gương. Hãy tính lực trung bình tác dụng lên bóng nếu thời gian va chạm là 0,01s. Thời gian Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh 4 phút Yêu cầu HS tóm tắt bài toán Lên bảng tóm tắt bài toán: Tóm tắt: m = 1 kg ; vA = 15 m/s m1 = 2 kg ; vB = 10 m/s st 01,0;00 =∆=α Trang 43 - Hãy dựa vào công thức tính động lượng tính nhanh câu a. Gọi một HS nhận xét bài giải của bạn. BA vv rr ↑↑ ; BA vv rr ↑↓ ; BA vv rr ⊥ a) pA= ? b) p= ? c) F = ? Cá nhân tích cực giải câu a vào vở và xung phong lên bảng trình bày. Giải: a) Động lượng của vật A: pA= m. vA = 1.15 = 15 kg.m/s 12 phút Đối với câu b, hệ vật bây giờ gồm mấy vật? - Trong các trường hợp câu b các vật chuyển động như thế nào? - Động lượng là một đại lượng vectơ. Vectơ động lượng như thế nào với vectơ vận tốc? - Dựa vào các kiến thức đã học trong phần động lực học và trong bài động lượng hãy thảo luận nhóm nêu ra phương pháp giải cho câu b. Gọi 2 nhóm lần lượt nêu ý kiến của nhóm mình. - Gọi các nhóm khác nhận xét về - Hệ vật gồm 2 vật: bóng A và bóng B. Thảo luận nhóm, các nhóm lần lượt nêu ý kiến của mình. Có nhiều ý kiến khác nhau nhưng chủ yếu là ý kiến sau: TH: BA vv rr ↑↑ ; BA vv rr ↑↓ các vật chuyển động trên cùng một đường thẳng. TH: BA vv rr ⊥ các vật không chuyển động trên cùng một đường thẳng - Vectơ động lượng luôn cùng hướng với vectơ vận tốc. - Thảo luận nhóm Nhóm 1: Đối với hệ vật chuyển động trên cùng một đường thẳng: + Chọn vật làm mốc làm chiều dương + Viết biểu thức động lượng của hệ dưới dạng vectơ. + Chiếu lên chiều dương ta sẽ tính được động lượng của hệ. Nhóm 2: đối với hệ vật không chuyển động trên cùng một đường thẳng: + Chọn chiều dương + Vẽ các vectơ động lượng + Viết biểu thức động lượng của hệ dưới dạng vectơ. Chiếu lên chiều dương tính p - Các nhóm suy nghĩ và trả lời. Đưa ra Trang 44 câu trả lời của hai nhóm để xem có nhóm nào có ý kiến khác. Nếu không thì GV gợi ý: đối với hệ vật chuyển động trên cùng một đường thẳng ta có cần thiết phải viết biểu thức dưới dạng vectơ không hay còn một phương án nào khác nhanh hơn? Các nhóm đã đưa ra được cách giải cho câu b. Sau đó Gv yêu cầu các nhóm thảo luận nhóm nhanh chóng giải câu b. Gọi 3 nhóm cùng lúc lên bảng giải cho 3 trường hợp câu b được phương pháp khác cho trường hợp chuyển động trên cùng đường thẳng: + Chọn vật mốc làm chiều dương. + Viết biểu thức động lượng dưới dạng đại số, động lượng của vật chuyển động cùng chiều dương có giá trị dương ngược lại có giá trị âm. Thảo luận nhóm, 3 nhóm xung phong lên bảng giải: Nhóm I: TH: BA vv rr ↑↑ (+) Ap r Bp r pr Chọn chiều dương là chuyển động của vật A: Động lượng của hệ: p= pA + pB = 1.15 + 2.10 = 35 kg.m/s Nhóm II: TH: BA vv rr ↑↓ Ap r Bp r (+) Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật A. Hai vật chuyển động ngược chiều nên: Động lượng của hệ: p = pA - pB = 15 – 20 = -5 kg.m/s Nhóm III: TH: BA vv rr ⊥ Động lượng của hệ: Ap r Bp r pr Trang 45 Hỏi ý kiến các nhóm khác về kết quả mà hai nhóm đã làm. Trên cơ sở HS đã giải xong câu b. Gv sẽ mở rộng thêm cho bài toán: - Đề bài cho 3 trường hợp BA vv rr ↑↑ ; BA vv rr ↑↓ ; BA vv rr ⊥ . Vậy nếu đề bài có cho thêm bất ký trường hợp nào khác nữa như: Av r hợp với Bv r một góc 300, 600, 450… Ta có tính được động lượng của hệ không? Các em về nhà giải vào vở từng trường hợp cụ thể. BA ppp rrr += BA vv rr ⊥ BA pp rr ⊥⇒ 2222 2015 +=+=⇒ BA ppp = 25 kg.m/s Các nhóm lần lượt nêu ý kiến của mình. - Tương tự như các trường hợp câu b ta sẽ tính được bất kỳ trường hợp nào khác nữa. 9 phút GV làm một thí nghiệm: cầm một quả bóng ném mạnh vào tường với góc tới 00=α . Yêu cầu các học sinh qua sát và theo dõi. - Trong thời gian va chạm rất ngắn khi bóng đến va chạm vào tường thì có hiện tượng gì xảy ra? Đây là một trường hợp ví dụ cụ thể cho câu c của bài tập này. Vậy dựa vào ví dụ vừa rồi. Em nào có thể lên bảng vẽ các vectơ động lượng của bóng trước và sau va chạm? - Trong trường hợp câu c này ta có áp dụng được công thức liên hệ giữa lực và độ biến thiên động lượng không? Trên cơ sở đã phân tích câu c. GV yêu cầu học sinh thảo luận nhóm giải câu c - Khi bóng đến đập vào tường trong khoảng thời gian ngắn bóng bị bật trở lại với phương trùng với phương ban đầu Lên bảng vẽ hình: ' r p pr - Vì thời gian va chạm là nhỏ nên ta có thể áp dụng được công thức về mối liên hệ giữa lực và độ biến thiên động lượng. Và lực tác dụng lúc này chính là trị trung bình của lực tác dụng. Thảo luận nhóm. Đại diện nhóm lên bảng trình bày: Độ biến thiên động lượng của bóng A: vmvmppp r rrrr .'.' −=−=∆ ' rr pp ↑↓ , độ lớn độ biến thiên động lượng: mvppp 2' =+=∆ A= 2.1.15 = 30 kg.m/s Trang 46 Nhận xét bài làm của HS. Thông qua bài giải này chỉ với thời gian va chạm rất nhỏ và khối lượng của vật cũng không lớn lắm mà lực của tường tác dụng lên bóng rất lớn. Chính vì thế trở lại với ví dụ thực tế vừa rồi ta thấy quả bóng bị bật ra rất nhanh. Quá trình biến đổi động lượng của bóng khi va chạm với tường là rất phức tạp. Nếu đề cho góc tới của bóng bằng 300, 600, 450….ta đều tính được lực trung bình do tường tác dụng lên bóng. Cụ thể với góc tới là 300 thì độ biến thiên động lượng sẽ như thế nào? - Trong đá bóng thủ môn khi bắt bóng tại sao phải co tay lại và lùi người một chút theo hướng đi của bóng? Gv sẽ gợi ý cho HS: khi bắt bóng tay của chúng ta có cảm giác như thế nào? - Như vậy người thủ môn làm vậy nhằm mục đích gì? Yêu cầu HS thảo luận nhóm giải thích tại sao thủ môn làm như vậy lại giảm được lực tác dụng của bóng. Độ lớn của tường tác dụng lên bóng: 3000 01,0 30 ==∆ ∆= t pF N Thảo luận nhóm: Vì p’= p và hướng của vận tốc trước và sau va chạm tuân theo qui luật phản xạ gương nên ppp r rr ∆,', sẽ tạo thành một tam giác đều và p∆ = p = p’ Thảo luận nhóm Tay sẽ có cảm giác đau Để bớt đau tay tức là để giảm lực tác dụng của bóng. Thảo luận nhóm, đại diện nhóm trình bày: ta có: t pFptF ∆ ∆=⇒∆=∆ rrrr. Do đó muốn giảm F r phải giảm pr∆ hoặc tăng t∆ . Độ biến thiên động lượng khi bóng bắt đầu chạm vào tay với vận tốc v đến khi dừng lại là: )0( −=∆ vmp p∆ chỉ phụ thuộc vào v và do đó ta không thể thay đổi p∆ . Muốn giảm F chỉ có thể tăng t∆ . Người thủ môn co tay lại và lùi người một chút để tăng thời gian làm quả bóng dừng lại nhằm giảm cường độ của lực quả bóng tác dụng vào tay. Trang 47 Hoạt động 3( 15 phút): giải bài tập về định luật bảo toàn động lượng Bài toán 2: Hai vật có khối lượng m1 và m2 chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang. Vật I chuyển động với vận tốc v1 đến va chạm vào vật II đang đứng yên. Hãy xác định vận tốc của vật II sau va chạm nếu: a) Sau va chạm hai quả cầu dính vào nhau và chuyển động cùng vận tốc v. b) Sau va chạm vật I , vật II bật trở lại và vận tốc của vật I giảm đi một nửa. c) Sau va chạm vật I bị bắn ra với vận tốc v’ = 10 m/s theo hướng làm với hướng chuyển động ban đầu một góc 500 Thời gian Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh 4 phút Lên bảng tóm tắt, vẽ hình bài toán. - Sau va chạm hai quả cầu dính lại với nhau và chuyển động cùng vận tốc vậy va chạm là va chạm gì? - Để tìm vận tốc của quả cầu II ta tìm như thế nào? Tính nhanh câu a. Nhận xét đáp án của HS. Tóm tắt: Quả cầu I: m1 ; v1 Quả cầu II: m2 ; v2 = 0 1 ' 1 2 1 vv = v’ = 10 m/s ; 050=α Tính: a) ?'21 =v ; b) '22v = ?; c) ?'23 =v - Là va chạm mềm. Thảo luận nhóm, cá nhân trình bày ý kiến của mình. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng đối với hệ chuyển động trên cùng một đường thẳng ta sẽ tính được vận tốc của quả cầu II sau va chạm. Và vận tốc của quả cầu II cũng chính là vận tốc của hệ hai quả cầu. Thảo luận nhóm tính câu a. Các nhóm trình bày đáp án của mình trên bảng phụ. Với các điều kiện của bài toán ta có thể áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho câu b được không? Nếu được thì định luật bảo toàn Thảo luận nhóm, các nhóm lần lượt nêu ý kiến của mình chủ yếu là các ý kiến sau: Hai vật chuyển động không ma sát, vr (+) Trang 48 4 phút động lượng có biểu thức như thế nào? Dựa vào biểu thức của định luật bảo toàn động lượng vừa viết, thảo luận nhóm giải câu b. Yêu cầu các nhóm khác nhận xét bài giải của bạn. va chạm đàn hồi nên ta có thể áp dụng định luật bảo toàn động lượng. Biểu thức của định luật bảo toàn động lượng: '2 ' 121 pppp rrrr +=+ ' 2 ' 11 ppp rrr +=⇒ ( vì vật II đứng yên nên 02 =pr ) (1) Thảo luận nhóm b) Chọn chiều dương như hình vẽ Vì hai vật chuyển động trên cùng một đường thẳng nên ta viết định luật bảo toàn động lượng dưới dạng đại số: p1 + p2 = p’1 + p’22 ' 222 ' 112211 vmvmvmvm +=+⇒ ' 222 ' 1111 vmvmvm +−= ( v2 = 0) ' 2221111 2 1. vmvmvm +−= 2 11' 22 2 3 m vmv =⇒ m/s 7 phút Trong trường hợp câu c, lúc đầu vật II đứng yên vật I chuyển động. Vậy là ban đầu chỉ có động lượng của vật I. Dựa vào biểu thức (I) động lượng của vật I trước va chạm bằng tổng động lượng của vật I và II sau va chạm. - Từ các phân tích này cho biết các vectơ động lượng trước và sau va chạm như thế nào? Chú ý là phải chọn chiều dương cho phù hợp. Gọi đại diện 3 nhóm cùng lúc lên bảng vẽ các vectơ động lượng trước và sau va chạm. Yêu cầu các nhóm khác nhận xét về hình vẽ của các nhóm vừa trình bày sau đó GV nhận xét để rút ra hình vẽ chính xác Thảo luận nhóm, các nhóm lên bảng vẽ hình của nhóm mình. 1p r ' 1p r ' 2p r y x O Trang 49 - Theo phương pháp giải bài tập vừa học thảo luận nhóm tính vận tốc của vật II sau va chạm. Gọi một nhóm lên bảng giải câu c. Các thành viên trong nhóm đều tham gia vào việc giải câu c này. - Thảo luận nhóm, xung phong lên bảng trình bày. Động lượng của hệ trước va chạm: )0(. 211221121 ==+=+ vvmvmvmpp rrrrrr Động lượng của hệ sau va chạm: ' 232 ' 11 ' 23 ' 1 vmvmpp rrrr +=+ Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: 11vm r ' 232 ' 11 vmvm rr += (2) Chiếu (1) lên: Ox: '2 0 111 50cos.10. vmmvm += 23x )43,6( 1 2 1' 23 −=⇒ vm mv x Oy: 0 = .10.1m sin50 0 - m2 v’23y 2 1' 23 66,7 m mv y =⇒ ( ) )/(02,10086,12 66,743,6 1 2 1 2 1 22 1 2 1 2' 23 2' 23 ' 23 smvv m m v m m vvv yx +−= +−= += Hoạt động 4(2 phút): củng cố GV: Qua các bài tập đã làm hãy thảo luận nhóm rút ra phương pháp chung về động lượng sử dụng định luật bảo toàn động lượng HS: thảo luận nhóm rút ra phương pháp chung về tính động lượng và định luật bảo toàn động lượng 2. Giáo án 2: giải bài tập v ề công, công suất Tiết: 42 a) Mục tiêu, yêu cầu: - Kiến thức: củng cố kiến thức về công, công suất - Kỹ năng: Rèn luyện kỹ năng phân tích, vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề đặt ra trong bài toán. Trang 50 Vận dụng công thức tính công, công suất….giải các bài toán tương tự và nâng cao. - Thái độ: Tạo thói quen làm việc tập trung, nghiêm túc, xây dựng lòng say mê học tập… b) Kế hoạch dạy học: Giáo viên: -Giáo án. - Chia học sinh thành các nhóm nhỏ ( 10 nhóm) mỗi nhóm là 4 học sinh. Học sinh: - Xem lại các công thức đã học trong bài động lượng và định luật bảo toàn động lượng. c) Nội dung lên lớp: Hoạt động 1(3 phút): Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ * Kiểm tra bài cũ: 1/ Phát biểu định nghĩa công và đơn vị công ? 2/ Phát biểu định nghĩa công suất và đơn vị công suất? * Trong tiết học này GV tập trung hướng dẫn giải 2 bài tập Hoạt động 2( 20 phút): giải bài tập về tính công của vật và hệ vật Bài toán 1: Một hòm bằng gỗ hình vuông có khối lượng 30 kg được kéo dịch chuyển trên sàn nằm ngang từ A đến B. Các lực tác dụng lên khối gỗ được biểu diễn như hình vẽ 1: a) Hãy cho biết lực nào không sinh công? Công của lực nào là công cản? Công phát động? b) Một người dùng tay đẩy vật theo phương làm với đường nằm ngang một góc 030=α , vật đi được 5m, hệ số ma sát giữa vật và mặt sàn là k= 0,2. Hãy tính lực và công tối thiểu của lực mà người tác dụng lên hòm gỗ? N r P r msF r F r A B Hình 1 Trang 51 Thời gian Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh 10 phút Yêu cầu HS lên bảng tóm tắt bài toán - Dựa vào các kiến thức đã học về công cho biết khi nào một lực không sinh công? Sinh công cản, công phát động? Dựa trên cơ sở đó các em thảo luận nhóm làm bài giải vào bảng phụ. Gọi 2 nhóm đem đáp án của mình lên treo trên bảng. Hỏi ý kiến các nhóm khác về bài giải mà hai nhóm vừa trình bày. Giáo viên sẽ mở rộng thêm cho bài toán câu hỏi trắc nghiệm sau: Trong các trường hợp đối với vật M sau đây trường hợp nào không có công cơ học: A. Một người nâng vật từ dưới đất lên cao. B. Người giữ yên vật ở trên cao. C. Người thả cho vật rơi xuống đất. D. Người đưa lên, đưa xuống vật ở trên cao. Tóm tắt: m = 30 kg; 030=α s= 5m; k = 0,2 Tính: a) Lực nào không sinh công? Công của lực nào là công cản, công phát động? b) Ftt =?, Att = ? Khi phương của lực vuông góc với phương chuyển dời lực không sinh công. Khi lực F r hợp với phương chuyển dời một góc nhỏ hơn 900 thì vật sinh công phát động hay công dương. Khi lực F r hợp với phương chuyển dời một góc lớn hơn 900 thì lực sinh công cản hay công âm. Theo công thức tính αcos..sFA = Trọng lực P r , phản lực N r không sinh công vì các lực này vuông góc với phương chuyển dời của vật ( )0cos900 =⇒= αα . - Công của lực F r là công phát động vì 090<α , công của lực ma sát là công cản vì 090>α Trang 52 Yêu cầu HS thảo luận nhóm trả lời. - Tại sao lại chọn B? Thảo luận nhóm trả lời. Có nhiều ý kiến khác nhau nhưng chủ yếu là chọn đáp án B. Trong các đáp án A, C, D có quãng đường dịch chuyển. Còn trong trường B không có công vì không có quãng đường dịch chuyển s = 0 nên A = 0. 10 phút - Hãy cho biết người muốn đẩy vật chuyển động được phải tác dụng vào vật một lực như thế nào? Lực F r mà người tác dụng lên vật theo phương như hình vẽ thì có chắc rằng chỉ làm cho vật chuyển động không? - Em nào có thể lên bảng chứng minh những điều mà bạn vừa nêu. Trên cơ sở các vấn đề vừa phân tích. Hãy thảo luận nhóm giải câu 2. Gọi 2 nhóm lên bảng trình bày lời giải của nhóm mình. Giữa vật và mặt sàn có ma sát nên muốn vật chuyển động được thì lực đẩy của người phải thắng được lực ma sát. Thảo luận nhóm trả lời vấn đề này: - Lực F r tác dụng lên vật có phương hợp với đường ngang 300 nên khi phân tích ra 2 thành phần thì lực vừa có tác dụng làm vật chuyển dời vừa cản trở chuyển động của vật. Phân tích lực F r ra hai thành phần ta có: 1F r song song với phương chuyển dời có tác dụng làm vật chuyển động F1 = F.cosα 2F r vuông góc phương chuyển dời cản trở chuyển động của vật F2 = F.sinα Thảo luận nhóm, đại diện nhóm trình bày: Định luật II Niutơn amFPNFms rrrrr =+++ (1) Chiếu (1) lên Oy ta có: N = mg + F. αsin Mà Fms= N.k= k.(mg + F.sinα ) Và Fk= F1=Ftt.cosα 2F r N r P r F r 1F r Trang 53 Hỏi ý kiến các nhóm khác để các nhóm trình bày ý kiến của nhóm mình sau đó giáo viên kết luận và rút ra đáp án. * Mở rộng thêm bài toán: người không đẩy vật mà dùng dây kéo vật thì công tối thiểu của người lúc này có bằng với khi đẩy không? - Hãy về nhà tính công tối thiểu trong trường hợp này và so sánh với công trong trường hợp đẩy. Lực tối thiểu người này dùng đẩy vật: Fms= Fk Ftt.cos300 = k(mg + F.sin300) αα sin.cos .. k gmkFtt −=⇒ (2) = N36,76 5,0.2,087,0 8,9.30.2,0 =− Công tối thiểu: Att=Ftt.s.cos300 = 76,36.5.0,87= 332,17 J Khi phân tích F r thành 2 thành phần ta thấy 1F r song song với phương chuyển dời nên có tác dụng làm vật chuyển động. Nhưng lực 2F r lúc này vuông góc nhưng hướng lên trên nên có tác dụng làm giảm lực ma sát. Do đó công mà người cần thực hiện lúc này là nhỏ hơn so với khi đẩy. Hoạt động 3( 20 phút): giải bài tập về công, công suất Bài toán 2: Vật có khối lượng m = 1kg. Nếu buộc vật vào đầu một sợi dây, cầm đầu kia quay cho vật chuyển động tròn. Lực căng của dây có thực hiện công không? Vì sao? a) Một người nâng vật từ mặt đất lên độ cao 2,5m trong 5s. Trong khi đó thang máy đưa một vật khác nặng 250 N từ mặt đất lên độ cao 10m mất 0,4s. Hãy so sánh công, công suất của người và máy đã thực hiện. b) Vật chuyển động đều trên đường nằm ngang có hệ số ma sát là µ = 0,4 lấy g = 9,8 m/s2. Công suất của vật khi chuyển động đều với vận tốc 36 km/h sẽ là bao nhiêu? c) Giả sử vật đang chuyển động đều với vận tốc 36km/h thì đột nhiên tăng tốc đạt đến vận tốc 72 km/h, quãng đường vật đi được là s = 100m. Hãy tính công suất trung bình của vật? Thời gian Hoạt đ ộng của giáo viên Hoạt động của học sinh 7 phút Yêu cầu HS tóm tắt bài toán. Tóm tắt m = 1 kg ; z1 = 2,5 m ; t1 = 5s P2= 250 N ; z2 = 10 m; t = 0,4 s Trang 54 Dựa vào các điều đã học thảo luận nhóm cho biết lực căng có thực hiện công không? Vì sao? Thảo luận nhóm giải nhanh câu a. Gọi các nhóm đem bảng phụ lên trình bày và các nhóm khác góp ý kiến. µ = 0,4; v = 36 km/h = 10 m/s v1 = 36km/h = 10 m/s v2 = 72 km/h = 20 m/s ; s = 100 m Tính: lực căng dây có thực hiện công không? Vì sao? a) A1>< P 2 b) P = ? c) Ptb = ? Khi buộc vật vào đầu một sợi dây, tay cầm đầu kia quay cho vật chuyển động tròn thì lực căng dây không thực hiện công vì trong trường hợp này phương của lực căng dây luôn vuông góc với phương của vectơ vận tốc nên 0cos =α , dựa vào công thức tính công A = F.s.cosα 0=⇒ A Thảo luận nhóm trình bày bài giải vào bảng phụ: a) Công của lực mà người dùng để nâng vật: JzP sFA 255,2.100. cos.. 11 111 === = α -Công của máy : J zPsFA 250010.250 .cos.. 22222 == == β - So sánh A2>A1 Công suất của người: P 1= Wt A 5 5 25 1 1 == Công suất của máy : P 2= Wt A 6250 4,0 2500 2 2 == - So sánh P 1< P 2 5 phút - Theo các dữ kiện của đề bài ta sẽ tính công thức nào? Yêu cầu học sinh nêu phương pháp tính P Sử dụng công thức: P vF.= Thảo luận nhóm. Đề bài cho vận tốc của vật nên muốn tính P phải có F. Vật chuyển động đều thì lực F phải bằng lực ma sát. Tính lực ma sát ta Trang 55 Yêu cầu một nhóm lên bảng tính công suất. sẽ tính được lực F Đại diện nhóm lên trình bày: Lực kéo F: F= Fms µ .N= NP 92,38,9.1.4,0. ==µ Công suất: P=F.v = 3,92.10= 39,2 (W) 8 phút Đối với điều kiện bài toán ta áp dụng được công thức nào để tính công suất trung bình của vật? Công suất này bằng bao nhiêu? GV nhận xét và kết luận cho các em đáp án chính xác. Sử dụng công thức Ptb= Ftb.vtb Thảo luận nhóm các nhóm lần lượt trao đổi về đáp án của mình. Nhưng thống nhất ý kiến là: c) Lực trung bình tác dụng lên vật: Ftb= m.a + Fms ( 1) Tacó: asvv 221 2 2 =− 100.2 1020 2 222 1 2 2 −=−=⇒ s vva =1,5 m/s2 (1) NFtb 42,592,35,1.1 =+=⇒ 2 12 vvvtb += = 15 m/s Ptb= Ftb.vtb = 5,42. 15 = 81,3 W Hoạt động 4( 2 phút): củng cố GV: nhắc lại về công thức tính công, công suất. Yêu cầu Hs thảo luận nhóm nêu phương pháp chung về tính công, công suất. HS: * Tính công: + Chọn chiều dương là chiều chuỵển động của vật. + Xác định các lực tác dụng lên vật + Xác định các giá trị của F và s. + Dùng công thức A = F.s.cosα * Tính công suất + Đề bài cho giá trị A và t hoặc các dữ kiện để tính các giá trị này ta áp dụng công thức P= t A Trang 56 + Không cho giá trị A, t nhưng cho dữ kiện của F và v thì tính công suất theo công thức P=F.v 3. Giáo án 3: giải bài tập động năng, thế năng, cơ năng Tiết: 47 a) Mục tiêu, yêu cầu: - Kiến thức: củng cố kiến thức về động lượng, định luật bảo toàn động lượng, mối liên hệ giữa độ biến thiên động lượng và lực tác dụng. - Kỹ năng: Rèn luyện kỹ năng phân tích, vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề đặt ra trong bài toán. Vận dụng công thức tính động lượng, định luật bảo toàn động lượng….giải các bài toán tương tự và nâng cao.. - Thái độ: Xây dựng lòng say mê học tập, tính tích cực tìm tòi các bài tập tương tự ở sách bài tập và các tài liệu tham khảo khác, làm việc theo nhóm, làm việc tập thể…. b) Kế hoạch dạy học: Giáo viên: -Giáo án. - Chia học sinh thành các nhóm nhỏ ( 10 nhóm) mỗi nhóm là 4 học sinh. Học sinh: - Xem lại các công thức đã học trong bài động lượng và định luật bảo toàn động lượng. c) Nội dung lên lớp: Hoạt động 1(3 phút): Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ * Kiểm tra bài cũ: 1/ Phát biểu biểu thức tính động năng, thế năng, cơ năng? 2/ Biểu thức định lý động năng, thế năng, định luật bảo toàn cơ năng? * Trên cơ sở HS đã học về động lượng và định luật bảo toàn động lượng. Giáo viên hướng dận để học sinh lập luận giải 3 bài tập Hoạt động 2( 15 phút): giải bài tập về động năng, định lý động năng Bài toán 1: Hai vật A và B có khối lượng M và m được nối với nhau bằng một sợi dây không dãn qua một ròng rọc như hình vẽ 2: Trang 57 a) Nếu M= m bỏ qua ma sát. Hai vật chuyển động cùng vật tốc. Lúc này hai vật A và B có cùng động năng hay không? Cùng động lượng hay không? b) Vật A có khối lượng M= 2kg, vật B có khối lượng m= 1kg. Hãy tính động năng của vật A trong hệ qui chiếu gắn với Trái Đất và trong hệ qui chiếu gắn với một người đang ngồi trên xe chuyển động với vận tốc 36 km/h. c) Một viên đạn có khối lượng mđ = 0,01 kg được bắn với vận tốc 400 m/s vào vật A. Khi va chạm với A đạn xuyên qua A và tiếp tục chuyển động với vận tốc 100 m/s. Hãy tính lực cản của vật A lúc này. Biết vật A dày 5 cm. Thời gian Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh 4 phút Dựa vào các kiến thức về động lượng, động năng hãy thảo luận nhóm trả lời câu a. GV sẽ gợi mở cho HS động năng là đại lượng gì? động lượng là đại Tóm tắt bài toán Vật A: khối lượng M Vật B: khối lượng m d) M= m e) M= 2kg; m= 1kg v= 36 km/h = 10 m/s vA = 3 m/s f) mđ= 0,01 kg; vđ= 400m/s; vđ’= 100 m/s d = 5 cm = 0,05 m Tính: a) pA><WđB b) WđA = ?;W’đA=?; c) Fc= ? Thảo luận nhóm. Có nhiều ý kiến Trên cơ sở đó Hs sẽ rút ra đươc câu trả lời cho câu a: A B Hình 2 Trang 58 lượng gì? a) Động năng là một đại lượng vô hướng và được xác định bởi công thức: Wđ 2 2 1 mv= Mà hai vật có cùng vận tốc và cùng khối lượng nên hai vật có cùng động năng. Hai vật có động lượng khác nhau vì động lượng là đại lượng vectơ và vectơ động lượng phụ thuộc vào vectơ vận tốc. 7 phút Câu b tính động năng của vật trong những hệ qui chiếu khác nhau. Để tính động năng hãy cho biết trong hệ qui chiếu gắn với người đang ngồi trên xe thì động năng của vật tính như thế nào? Thảo luận nhóm giải nhanh câu b. Gọi 3 nhóm lên tính động năng trong hệ qui chiếu trái đất và trong 2 trường hợp gắn với người ngồi trên xe. Thảo luận nhóm, các nhóm góp ý kiến của nhóm mình: Khi trong hệ qui chiếu với người ngồi trên xe có 2 trường hợp tính động năng: TH1: người chuyển động cùng chiều với xe. TH2: người chuyển động ngược chiều xe. Ta sẽ áp dụng công thức cộng vận tốc để tính vận tốc của vật trong các hệ qui chiếu đó sau đó áp dụng công thức tính động năng để tính động năng của vật. Thảo luận nhóm, 3 nhóm lên bảng giải: - Nhóm 1: Đối với hệ qui chiếu gắn với mặt đất: WđA= Jmv 93.2. 2 1 2 1 22 == - Nhóm 2: Trường hợp 1: vật chuyển động cùng chiều với người + Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật A Động năng: vr người Av r Trang 59 Sau khi Hs giải xong bài toán Gv gọi các nhóm khác nhận xét bài làm của 3 nhóm. W’đA= 2'. 2 1 vm (1) vvv A rrr +=' người Vì vvA rr ↑↑ người nên v’= vA + v người = 3 + 10 = 13 m/s (1) ⇒W’ đA= J16913.2 2 1 2 = - Nhóm 2: Trường hợp 2: vật chuyển động ngược chiều với người vvv A rrr +='' người vì vvA rr ↑↓ người nên v’’= vA – vngười = 3 – 10 = 7 m/s Động năng: W’’đA= Jvm 497.2. 2 1. 2 1 22'' ==r 4 phút Câu c sẽ áp dụng công thức nào để tính lực cản? Thảo luận nhóm tính lực cản. Gọi một thành viên trong nhóm trình bày. Còn các thành viên khác trong nhóm hỗ trợ. Đề cho khối lượng của đạn, vận tốc đạn lúc đầu và lúc sau ta sẽ tính được độ biến thiên động năng của đạn. Nên áp dụng định lý động năng tính lực cản. Thảo luận nhóm, đại diện lên bảng Áp dụng định lý động năng )( 2 1. . 2 1 2 1 2'2 2'2 dddC FCdddd vvmdF Avmvm −=−⇒ =− ( vì động năng giảm nên A<0) ( ) ( ) J d vvmF ddC 15000 05,0.2 40010001,0 .2 22 2'2 =− −= − −= Hoạt động 3( 10 phút): giải bài tập về thế năng Bài toán 2: 1) Tính thế năng trọng trường của một vật khối lượng 10 kg đặt tại độ cao 1m so với mặt đất khi: a) Chọn mặt đất làm mốc thế năng. b) Chọn đáy giếng sâu 5m làm mốc thế năng 2) Vật được đặt ở vị trí có thế năng Wt1 = 500J sau đó vật rơi xuống mặt đất tại đó thế năng của vật Wt2 = -100J. Hãy tính độ cao mà vật đã rơi. vr người Av r Trang 60 Thời gian Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh 5 phút - Độ cao z của vật trong công thức tính thế năng là khoảng cách nào? - Câu 1 yêu cầu tính thế năng với các mốc thế năng khác nhau. Thảo luận nhóm tính nhanh câu 1. Yêu cầu các nhóm khác nhận xét đáp án của hai nhóm. Tóm tắt bài toán: m= 10 kg; z = 1m; z1= 5m Wt1 = 500J; Wt2 = -100J Tính:a) + Chọn mặt đất làm mốc thế năng: Wt =? + Chọn đáy giếng làm mốc thế năng: W’t = ? b) z = ? - Là khoảng cách từ vị trí đặt vật đến mốc chọn thế năng. - Thảo luận nhóm, 2 nhóm lên bảng tính thế năng câu a và câu b Nhóm a: Chọn mặt đất làm mốc thế năng: Wt = m.g.z = 10.10.1= 100 J Nhóm b: Chọn đáy giếng làm mốc thế năng: z’ = 1 + 5 = 6 J W’t = m.g.z’= 10.10.6 = 600 J 5 phút Câu 2 cho thế năng của vật ở 2 vị trí khác nhau. Thế năng của vật dương hay âm phụ thuộc việc chọn mốc thế năng. - Độ cao vật rơi được tính như thế nào? - Tính nhanh câu 2, để HS Thảo luận nhóm đại diện trả lời: Cho thế năng lúc đầu và thế năng lúc sau yêu cầu tính độ cao vật đã rơi. Áp dụng công thức tính thế năng ở hai vị trí đầu và sau. Độ cao mà vật rơi chính bằng hiệu độ cao giữa hai vị trí lúc đầu và lúc sau. - Thảo luận nhóm, xung phong lên bảng giải câu Hoạt động 4( 15 phút): giải bài tập về cơ năng, định luật bảo toàn cơ năng Bài toán 3: Hai quả cầu giống nhau có cùng khối lượng m1 = m2 được thả cùng một lúc tại một độ cao z0 so với mặt đất. Vật I rơi tự do, vật II trượt trên mặt phẳng nằm nghiêng như hình vẽ 3: Trang 61 Lấy g 2/10 sm≈ a) Ở thời điểm nào 2 vật có cùng cơ năng? b) Bỏ qua ma sát hãy tính vận tốc của vật I khi vừa chạm đất? c) Vận tốc của vật II tại chân dốc là: A. 6J B. 6,32 J C. 4,47J D. 4J d) Nếu giữa vật II và mặt với hệ số ma sát là k = 0,4. Tính vận tốc của vật II ngay trước khi chạm đất. Thời gian Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh 10 phút Dựa vào định luật bảo toàn cơ năng đã học hãy thảo luận nhóm tìm thời điểm hai vật có cùng cơ năng? Gv sẽ nhận xét và hướng dẫn để các HS rút ra kết luận: theo định luật bảo toàn cơ năng vì hai vật có cùng khối lượng và do bỏ qua mọi ma sát và sức cản của không khí nên ở mọi thời điểm 2 vật luôn có cùng cơ năng. Để tính vận tốc khi vừa chạm đất ta tính như thế nào? Có áp dụng định luật bảo toàn cơ năng được không? Tóm tắt bài toán: m1=m2; mz 20 = 030=α ; v0I= v0II= 0; k = 0,4 a) Ở thời điểm nào 2 vật có cùng cơ năng. b) vI? c) vII=? d) v’II=? Thảo luận nhóm, cử đại diện đưa ra ý kiến của mình, có nhiều ý kiến của các nhóm khác nhau. Bỏ qua ma sát vật chịu tác dụng của những lực thế nên cơ năng của hệ là một đại lượng bảo toàn. Cho vận tốc lúc đầu, độ cao của vật nên ta sẽ Hình 3 z0 = 2m I II 300 Trang 62 Yêu cầu HS thảo luận nhóm làm câu a Hỏi ý kiến của các nhóm khác về câu trả lời của nhóm vừa trình bày. áp dụng định luật bảo toàn cơ năng Thảo luận nhóm làm câu a, đại diện trình bày: Gọi:+W0 là cơ năng lúc đầu của vật I +WI là cơ năng lúc vật I chạm đất. 0 2 00 2 1 mgzmvW += =mgz0 (1) 22 2 1 2 1 III mvmgzmvW =+= Định luật bảo toàn cơ năng: WI=W0 00 2 2 2 1 gzvmgzmv II =⇒= (2) vI= 6,32 m/s 5 phút Câu c đề bài hỏi vận tốc vận ở chân dốc. Tính như thế nào? Hãy về nhà chọn đáp án câu b nhé Câu d ta có áp dụng định luật bảo toàn cơ năng được không? Lực ma sát tính như thế nào? Nhận xét bài giải của HS Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta sẽ tính vận tốc của vật. Vật chuyển động chịu tác dụng của lực ma sát nên cơ năng của hệ không bảo toàn. Thảo luận nhóm, đại diện nhóm trình bày: Có ma sát hệ không cô lập A= W2- W1 -Fms.s= 0 2' 2 1 mgzmvII − -Fms. 0 2' 2 1 mgzmvs II −= ) . (2 0 2' gz m sFv msII +−=⇒ smvII /42.101 4.322' =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +−= Hoạt động 5( 2 phút): củng cố GV gọi HS nhắc lại công thức về tính động năng, thế năng, cơ năng. Yêu cầu HS nêu các phương pháp chung về tính cơ năng, động năng, thế năng. Trang 63 CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM I. Mục đích, nhiệm vụ, đối tượng của thực nghiệm sư phạm 1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm - Mục đích của thực nghiệm sư phạm được tiến hành nhằm kiểm tra giả thuyết của đề tài. - Xác nhận tính hiệu quả của các biện pháp tích cực hoá hoạt động nhận thức của người học bằng cách tăng cường và sử dụng một cách có hiệu quả BTVL trong dạy học sẽ góp phần nâng cao chất lượng nắm kiến thức và phát triền trí tuệ của HS. 2. Nhiệm vụ Thực nghiệm sư phạm cần thực hiện các nhiệm vụ sau: - Tiến hành thực nghiệm sư phạm: giảng dạy theo giáo án thực nghiệm đã soạn. - So sánh kết quả học tập của HS ở lớp thực nghiệm và lớp đối chứng. - Đánh giá hiệu quả của các BTVL đã khai thác, tiến trình đã soạn thảo với thực tế nhằm bổ sung và hoàn chỉnh chúng. 3. Đối tượng của thực nghiệm sư phạm Học sinh lớp 10 ban cơ bản của trường THPT Nguyễn Khuyến năm học 2007- 2008 II. Phương pháp thực nghiệm sư phạm 1. Chọn mẫu Vấn đề quan trọng có ảnh hưởng đến kết quả thực nghiệm là việc lựa chọn nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm. Do đó, tôi lựa chọn mẫu thực nghiệm gồm những lớp đối chứng và lớp thực nghiệm có sĩ số gần bằng nhau, có trình độ và chất lượng học tập tương đương nhau. Chọn 2 lớp 10A2 và 10A8 Sau khi trao đổi với giáo viên bộ môn vật lý và xem xét kết quả học tập của 2 lớp 10, tôi chia 2 lớp trên thành hai nhóm như sau: - Nhóm thực nghiệm (TN): 10A2 gồm: 30 em - Nhóm đối chứng (ĐC) gồm: 32 em 2. Phương pháp tiến hành - Gặp hiệu trưởng trường THPT Nguyễn Khuyến trao đổi về mục đích thực nghiệm và xin phép cho triển khai kế hoạch thực nghiệm. - Gặp giáo viên trực tiếp giảng dạy vật lý ở các lớp được chọn, trao đổi về mục đích, nhiệm vụ, nội dung và giáo án thực nghiệm của mình. - Lớp thực nghiệm do tôi dạy theo giáo án mà tôi đã soạn còn lớp đối chứng do giáo viên đứng lớp dạy và dạy theo giáo án của giáo viên đứng lớp. - Tham gia dự giờ lớp đối chứng. - Kiểm tra, đánh giá kết quả thực nghiệm. III. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm Trang 64 1. Lựa chọn tiêu chí đánh giá Tôi đánh giá kết quả TNSP qua các mặt sau: • Về chất lượng: Chất lượng kiến thức học sinh và hiệu quả tiến trình dạy học được đánh giá qua điểm trung bình các bài kiểm tra. • Về tính tích cực hứng thú học tập của học sinh tôi dựa vào: - Không khí học tập của lớp học. - Số lượng học sinh tham gia phát biểu. - Số lượng học sinh hoàn thành nhiệm vụ học tập • Về mức độ rèn luyện kỹ năng giải BTVL chương “Các định luật bảo toàn” được thể hiện: mức độ hoàn thành nhiệm vụ, suy luận để tìm ra phương án giải bài tập. • Tính khả thi của các BTVL và các giáo án: - Thời gian chuẩn bị cho các giáo án: việc chuẩn bị cho giáo án và thực hiện giáo án nó đòi hỏi sáng tạo như đưa BTVL nào là phù hợp, hệ thống câu hỏi, phương án thí nghiệm… Tuy nhiên, thời gian chuẩn bị giáo án không lớn hơn nhiều so với cách soạn thông thường. 2. Kết quả thực nghiệm sư phạm 2.1. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm Để kết quả thực nghiệm mang lại kết quả tối ưu thì công việc phân tích kết quả TNSP phải được làm cho thật tốt. Tôi chuẩn bị đầy đủ các khâu thừ việc lấy số liệu đến việc xử lý, phân tích, tổng hợp trên cơ sở các bài kiểm tra. Tính khả thi của đề tài sẽ được thể hiện qua kết quả phân tích số liệu, cụ thể các giáo án mẫu, thông qua kết quả kiểm tra. Các bài kiểm tra nhằm đánh giá mức độ lĩnh hội kiến thức của học sinh theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức thông qua BTVL thỏa mãn 3 yếu tố cơ bản sau: + Hiểu bài. + Vận dụng kiến thức bài học vào tình huống quen thuộc trong thực tế. + Kiến thức mới tích luỹ được phải giải quyết vấn đề đã được đặt ra. 2.2. Phân tích số liệu thực nghiệm sư phạm a) Tính toán các số liệu: Để so sánh và đánh giá chất lượng nắm kiến thức của học sinh ở lớp thực nghiệm và lớp đối chứng cần tính: - Giá trị trung bình cộng: ∑ = = K i ii Xfn X 1 1 Với fi là số học sinh đạt điểm Xi; Xi là điểm số; n là số học sinh dự kiểm tra - Phương sai: 1 )( 1 2 2 − − = ∑ = n XXf s K i ii Trang 65 - Độ lệch chuẩn: 1 )( 1 2 − − = ∑ = n XX s n i i “ s càng nhỏ thì số liệu thu được càng ít phân tán, kết quả càng tụ lại quanh trị trung bình”[7]. b) Kết quả tính toán: Bảng 3.1: Bảng thống kê điểm số (Xi) của bài kiểm tra Điểm số (Xi) Nhóm Tổng số HS 3 4 5 6 7 8 9 10 ĐC 32 6 5 6 4 3 4 2 2 TN 30 1 2 4 5 1 5 7 5 Bảng 3.2: Bảng phân phối tần suất Số % HS đạt mức điểm Xi Nhóm Tổng số HS 3 4 5 6 7 8 9 10 ĐC 32 18,75 15,63 18,75 12,5 9,37 12,5 6,25 6,25 TN 30 3,33 6,67 13,33 16,67 3,33 16,67 23,33 16,67 Bảng 3.3: Bảng phân phối tần suất lũy tích Số % HS đạt mức điểm Xi trở xuống (Wi%) Nhóm Tổng số HS 3 4 5 6 7 8 9 10 ĐC 32 18,75 34,38 53,13 65,63 75 87,5 93,75 100 TN 30 3,33 10 23,33 40 43,33 60 83,33 100 Bảng 3.4: Các tham số thống kê Nhóm Điểm trung bình( X ) Độ lệch chuẩn (s) ĐC 5,72 1,23 TN 7,37 1,29 Trang 66 Từ bảng 3.2 chúng tôi vẽ được đồ thị phân phối tần suất của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng ( trục tung chỉ số % HS đạt điểm Xi, trục hoành chỉ điểm số) Đồ thị 3.2: Phân phối tần suất 0 5 10 15 20 25 3 4 5 6 7 8 9 10 ĐC TN Biểu đồ 3.2: Phân phối tần suất 0 5 10 15 20 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ĐC TN Từ bảng 3.3 chúng tôi vẽ được đồ thị phân phối tần suất luỹ tích của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng ( trục tung chỉ số % HS đạt điểm Xi trở xuống, trục hoành chỉ điểm số) Điểm Tỷ lệ (%) Số % học sinh Điểm Trang 67 Đồ thị 3.3: Phân phối tần suất luỹ tích 0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ĐC TN Biểu đồ 3.3: Phân phối tần suất luỹ tích 0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ĐC TN Dựa vào những tham số tính toán ở trên và từ bảng thống kê 3.4, từ đồ thị phân phối tần suất và tần suất tích lũy có thể rút ra kết luận sơ bộ như sau: - Điểm trung bình của các bài kiểm tra của học sinh ở lớp thực nghiệm (7,37) cao hơn so với học sinh lớp đối chứng (5,72). - Đường lũy tích ứng với lớp thực nghiệm nằm bên phải và về phía dưới đường lũy tích ứng với lớp đối chứng. Kết luận: kết quả học tập của lớp thực nghiệm cao hơn kết quả học tập của lớp đối chứng. Số phần trăm học sinh Điểm Điểm Số % học sinh Trang 68 c) Kiểm định giả thiết thống kê “Phương pháp kiểm định sự khác nhau của các trung bình cộng của hai mẫu từ tổng thể chung ( kiểm định Student)”[7] để kiểm định sự khác nhau giữa hai điểm trung bình của HS ở hai nhóm thực nghiệm và đối chứng. Giả thiết H0: “ sự khác nhau giữa DCTN XX , là không có ý nghĩa”. Đại lượng kiển định t được xác định theo công thức: DCTN DCTN p DCTN nn nn S XX t + −= .. (*) Trong đó: 2 ).1().1( 22 −+ −+−= DCTN DCDCTNTN p nn SnSnS (**) Sau khi tính được t so sánh nó với giá trị tới hạn αt được tra trong bảng Student ứng với mức ý nghĩa α và bậc tự do f = nTN + nDC – 2 Nếu αtt ≥ : chấp nhận giả thiết H0 Nếu αtt < : bác bỏ giả thiết H0 Các giả thiết thống kê Giả thiết H0: “ sự khác nhau giữa giá trị trung bình của điểm số của nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm là không có ý nghĩa” Sử dụng công thức (*), (**) với các số liệu 23,1;29,1;32;30;72,5;37,7 ====== DCTNDCTNDCTN SSnnXX Chúng tôi thu được kết quả: 11,5 26,1 = = t S p Giá trị tới hạn αt phân phối hai chiều được tra trong bảng Student với mức ý nghĩa 05,0=α và bậc tự do f = nTN + nDC – 2 = 60 là: 00,2=αt Vậy: t > αt Kết luận: Bác bỏ giả thiết H0 tức là sự khác nhau giữa TNX và DCX là có ý nghĩa với mức ý nghĩa 05,0=α . Như vậy từ việc phân tích số liệu cho phép chúng tôi kết luận: Học sinh ở lớp thực nghiệm nắm vững kiến thức hơn, hoạt động tích cực, chủ động hơn học sinh ở lớp đối chứng. Việc sử dụng BTVL trong dạy học đã góp phần tích cực vào việc phát huy tính tích cực, chủ động của học sinh ở trường THPT. Trang 69 PHẦN 3: KẾT LUẬN Phần kết luận: Đối chiếu với mục đích, nhiệm vụ và kết quả nghiên cứu trong quá trình thực hiện đề tài “ Nghiên cứu, sử dụng bài tập chương “Các định luật bảo toàn” nhằm phát huy tính tích cực, chủ động trong học tập Vật lý của học sinh lớp 10” tôi đã đạt được những kết quả sau đây: a) Góp phần làm sáng tỏ cơ sở tâm lý và cơ sở lý luận, cơ sở thực tiễn của việc sử dụng BTVL và vai trò của nó trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh. b) Tôi đã hệ thống mức độ kiến thức mà học sinh cần nắm trong chương “ Các định luật bảo toàn” và nêu ra một số sai sót mà học sinh thường hay nhầm lẫn để giáo viên chú ý khi giảng dạy về chương này. Tôi đã hệ thống hoá các bài tập trong chương “ Các định luật bảo toàn” thành 11 bài toán mà khi giải các bài toán này sẽ giúp HS có thể hiểu được và vận dụng được các công thức, khái niệm… trong chương này. những yêu cầu chung đối với quá trình dạy học bài tập vật lý. Tôi đã soạn thảo 3 giáo án phát huy tính tích cực, chủ động của học sinh khi học tập Vật lý trên cơ sở các bài toán đã hệ thống hoá. c) TNSP chứng tỏ tiến trình dạy học đã soạn thảo có tính khả thi, góp phần củng cố kiến thức và đem lại hiệu quả nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức, phát triển tính tích cực và chủ động của học sinh trong học tập. Qua đó phát hiện được một số sai lầm và khó khăn của học sinh khi giải BTVL chương “ Các định luật bảo toàn” từ đó khắc phục sữa chữa sai lầm và giúp đỡ các em trong quá trình lĩnh hội kiến thức. d) Kết quả TNSP cho thấy dự kiến các bước giải BTVL đã soạn là hợp lý và cho phép rút ra kết luận bước đầu về hiệu quả của việc sử dụng BTVL trong dạy học Vật lý. Trong xu hướng dạy học theo tình hình hiện nay thì việc đưa BTVL vào giảng dạy nhằm phát huy tính tích cực, chủ động cho học sinh là khả thi và cần thiết. Tất cả giáo viên đều có thể khai thác các BTVL này vào dạy học có hiệu quả. Đa số các học sinh đều rất hứng thú, tích cực, chủ động tham gia vào tiết hoc. Việc đưa BTVL vào là phù hợp với chương trình dạy học hiện hành. Trang 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Gia Thịnh ( chủ biên )- Nguyễn Xuân Chi – Tô Giang – Vũ Quang. Hướng dẫn làm bài tập và ôn tập Vật lý 10: NXB Giáo dục. [2] Dương Trọng Bái – Cao Ngọc Viễn. Bài thi vật lý quốc tế: NXB Giáo dục. [3] Đỗ Văn Thông. Phương pháp nghiên cứu khoa học. [4] Đỗ Văn Thông. 2004. Tâm lý học lứa tuổi và tâm lý học sư phạm. [5] La Hồng Huy.2007. Quản lý hành chánh nhà nước và quản lý ngành giáo dục và đào tạo. [6] Lê Công Triêm. 2004. Phân tích chương trình vật lý phổ thông. [7] Lê Công Triêm - Nguyễn Đức Vũ. Phương pháp nghiên cứu khoa học giáo dục: NXB Giáo dục. [8] Ngô Văn Thiện.2007. Phân loại và phương pháp giải các dạng bài tập Vật lí10: NXB Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh. [9] Nguyễn Đức Thâm - Nguyễn Ngọc Hưng . 1999. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lý ở trường phổ thông: NXB Đại học quốc gia Hà Nội. [10] Nguyễn Hữu Thọ. Vật lý đại cương tập I: cơ - nhiệt: Nhà xuất bản trẻ. [11] Nguyễn Kỳ. 1994. Phương pháp giáo dục tích cực: NXB Giáo dục [12] Nguyễn Phúc Thuần - Trần Văn Quang. 1980. Những bài tập định tính về vật lý cấp hai: NXB Giáo dục. [13] Nguyễn Thanh Hải. Kiến thức cơ bản vật lý 10: NXB đại học quốc gia Hà Nội. [14] Nguyễn Thị Cúc. 2005. Giáo dục học II. [15] Phạm Hữu Tòng. Dạy học Vật lý ở trường phổ thông theo định hướng phát triển hoạt động tích cực, tự chủ, sáng tạo và tư duy khoa học: NXB Đại học sư phạm. [16] Phạm Hữu Tòng. Phương pháp dạy bài tập vật lý: Nhà xuất bản giáo dục. [17] Quốc hội nước cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam. 2005. Luật giáo dục: NXB chính trị Quốc gia. [18] Trần Thể. 2006. Bài tập vật lý phổ thông. [19] Trần Thể. 2005. Phương pháp dạy học Vật lý. [20] Vũ Thanh Khiết. 2000. Các bài toán vật lý chọn lọc phổ thông trung học cơ nhiệt: NXB Giáo dục. [21] Vũ Thanh Khiết - Phạm Quý Tư.1999. Bài Tập Vật lí sơ cấp: Nxb Giáo dục.