Đề tài Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý

Đề tài Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập Vật lý A. Đặt vấn đề I. Lý do chọn đề tài 1. Cơ sở lý luận - Nhiệm vụ nhận thức của học sinh với một khối lượng kiến thức mới và nhiều đòi hỏi các em phải tập trung tư duy cao trong bài học. Với vốn kinh nghiệm giải bài tập còn ít, khả năng nhận thức của học sinh không đều, một số học sinh còn máy móc dập khuôn những lời giải có sẵn chưa phát huy tối đa năng lực giải bài tập của mình - Bên cạnh việc phải đổi mới phương pháp dạy học phù hợp với chương trình và kiến thức sách giáo khoa mới hịên nay thì chúng ta cũng nên chú ý đến kĩ năng giải các bài tập của học sinh. Cần cho học sinh thấy được cái hay trong các lời giải khác nhau của bài toán. 2. Cơ sở thực tế - Trên thực tế nếu chúng ta biết khai thức bài toán dưới các lời giải khác nhau hoặc tiếp tục phát triển mở rộng bài toán đó thì mới thấy được Vật lý học đúng là môn thể thao của trí tụê giúp nhiều trong rèn luỵên suy nghĩ, suy luận, phương pháp học tập, giải quyết các vấn đề, rèn luyện trí thông minh sáng tạo. - Các em học sinh đựoc khai thức các lời giải của bài toán sẽ cảm nhận được cái hay trong vật lí và ngày càng yêu thích học vật lí hơn II. Mục đích - Giúp giáo viên có được một phương pháp tổng quát trong việc hướng dẫn học sinh giải bài tập, từ đó nâng cao được chất lượng dạy học lên một bước. - Giúp học sinh bước đầu hình thành được các bước giải một bài tập vật lí để từ đó hướng các em đến với môn Vật lí, một môn học gắn liền với thực tế đời sống. B. Giải quyết vấn đề I. Phương pháp nghiên cứu - Thông qua thực tế giảng dạy, điều tra, trắc nghiệm, thực nghiệm, khảo sát, phân tích so sánh, tổng hợp. - Qua trao đổi , giao lưu, học hỏi các kinh nghiệm của đồng nghiệm, đồng thời tự học, tự nâng cao, tự bồi dưỡng. - Dự giờ rút kinh nghiệm - Trao đổi trực tiếp với các đối tượng học sinh ngoài giờ lên lớp II. Tiến trình 1. Giáo viên cần làm cho học sinh hiểu được các bước giải một bài tập vật lí nói chung Căn cứ vào yêu cầu chủ yếu của bài tập vật lí ta có thể đưa ra một sơ đồ chung về các bước chủ yếu cần phải thực hiện để đảm bảo chắc chắn và nhanh chóng tìm được lời giải, tránh được những quanh co mất thời gian. Bước 1: Tìm hiểu đề bài: bước này bao gồm các công việc a. Tìm hiểu ý nghĩa vật lí của các từ ngữ trong đề bài và diễn đạt bằng ngôn ngữ vật lí b. Biểu diễn các đại lượng vật lí bằng các kí hiệu, chữ cái quen dùng theo quy ước trong sách giáo khoa c. Vẽ hình nếu cần d. Xác định điều cho biết hay dữ kiện đã cho và điều phải tìm hay ẩn số của bài tập. Tóm tắt đầu bài. Bước 2: Phân tích hiện tượng vật lí mà đề bài đề cập đến: Bước này bao gồm các việc: a. Căn cứ vào những điều đã biết cho biết, xác định xem hiện tượng nêu trong đề bài thuộc phần nào của kiến thức vật lí học, có liên quan đến những khái niệm nào, định lụât nào, quy tắc nào đã biết. b. Đối với những hiện tượng vật lí phức tạp thì phải phân tích ra thành những hiện tượng đơn giản, chỉ bị chi phối bởi một nguyên nhân, một quy tắc hay định luật xác định c. Tìm hiểu xem hịên tượng vật lí diễn biến qua những giai đoạn nào, mỗi giai đoạn tuân theo những định lụât nào quy tắc nào. Bước 3: Xây dựng lập luận cho việc giải bài tập. a. Trình bày có hệ thống chặt chẽ, lập lụân logic để tìm ra mối liên hệ giữa những điều cho biết và những điều phải tìm. b. Nếu cần phải tính toán định lượng thì lập các công thức có liên quan đến các đại lượng cho biết, đại lượng cần tìm, thực hiện các phép biến đổi toán học, để cuối cùng tìm được một công thức toán học chứa các đại lượng đã biết và các đại lượng cần tìm. Thực chất là tìm một phương trình toán học trong đó ẩn số là đại lượng vật lí phải tìm, liên hệ với các đại lượng khác đã cho trong đề bài. c. Đổi các đơn vị đã cho trong đề bài về các đơn vị chuẩn rồi thực hiện tính toán. Đối với học sinh THCS giáo viên nên dùng phương pháp phân tích thì học sinh dễ hiểu hơn, có thể định hướng suy nghĩ tìm tòi dễ dàng, có hiệu quả hơn ở học sinh. Theo phương pháp này thì ta bắt đầu từ điều phải tìm “ẩn số”, xác định mối quan hệ giữa điều phải tìm với những điều cho biết (dữ kiện bài tập) và cả những điều trung gian chưa cho biết. Tiếp đó lại tìm mối quan hệ giữa những điều trung gian đó với những điều đã cho biết khác. cuối cùng ta tìm được mối liên quan trực tiếp giữa điều phải tìm với những điều đã cho biết. Ví dụ:Người ta dùng bếp dầu hỏa để đun sôi 2 lít nước từ 200C đựng trong một ấm nhôm có khối lượng 0,5kg. tính lượng dầu hỏa cần thíêt biết chỉ có 30% nhiệt lượng do dầu tỏa ra làm nóng nước và ấm. Lấy nhiệt dung riêng của nước 4200J/kg.k, của nhôm là 880J/kg.k, năng xuất tỏa nhiệt của dầu hỏa là 46.106J/kg. Với bài tập này giáo viên cần hướng dẫn cách phân tích như sau: Để tính khối lượng dầu ta cần áp dụng công thức Q = q.m từ đó suy ra: m= Để tính m cần tính Qtp Qtp = Qci = Q1 + Q2 Trong đó Q1 là nhiệt lượng mà nước thu vào Q2 là nhiệt lượng mà ấm nhôm thu vào Khi tính toán thì tính theo chiều ngược lại Bước 4: Biện lụân kết quả thu được 2. Giáo viên cần hướng dẫn cho học sinh cách suy nghĩ tìm lời giải a. Trước hết cần phải rèn luyện cho học sinh thói quen thực hiện bốn bước giải bài tập vật lí nói chung đặc biệt chú ý khâu phân tích hiện tượng, trong mỗi bước có một số việc làm nhất định thực hiện nhiều lần học sinh sẽ quen. b. Hướng dẫn học sinh phân tích hiện tượng Để giúp cho học sinh có thể phân tích được hiện tượng, giáo viên đưa ra những câu hỏi gợi ý, cho học sinh lưu ý đến những dấu hiệu có liên quan đến những hiện tượng đã biết hoặc chi phối bởi các quy luật các tính chất đã biết. Ví dụ: Giải thích vì sao khi bơm Hiđrô vào một quả bóng nhẹ thì quả bóng sẽ bay lên không khí? Giáo viên có thể đưa ra những câu hỏi để giúp học sinh phân tích hiện tượng như sau: Quả bóng đặt trong không khí chịu tác dụng của những lực nào? lực đẩy của không khí tác dụng vào quả bóng được tính như thế nào? So sánh lực đẩy của không khí và trọng lượng của quả bóng từ đó rút ra kết luận. Dựa theo câu hỏi đó học sinh có thể phân tích hiện tượng như sau: Quả bóng đặt trong không khí chịu tác dụng của hai lực là: trọng lượng và lực đẩy Acsimet. Trọng lượng của quả bóng và lực đẩy Acsimet được tính theo công thức: P1 = d1.V ; FA = d2.V So sánh P và FA ta sẽ suy ra được quả bóng chuyển động như thế nào? c. Hướng dẫn học sinh xây dựng lập luận giải Xây dựng lập luận để giải thích một hiện tượng cần tiến hành như sau: - Đầu tiên hướng dẫn học sinh phân tích hiện tượng đã cho trong đề bài thành những hiện tượng điển hình đã biết - Nhớ lại và phát biểu thành lời những hiện tượng điển hình đó - Xây dựng một lập luận xác lập mối liên hệ giữa hiện tượng điển hình chung với hiện tượng cụ thể trong đề bài - Phối hợp tất cả những lập luận trên để lý giải nguyên nhân của hiện tượng đã cho biết trong bài tập Ví dụ: Như đối với bài tập về qủa bóng bay ở trên, có thể dựa vào sự phân tích hiện tượng mà xây dựng lập luận giải như sau: - Qủa bóng có thể tích V đặt trong không khí chịu tác dụng của hai lực trọng lượng P và lực đẩy Acsimet FA - Lực đẩy Acsimet FA tính theo công thức: FA = d2.V. Trọng lượng của vật tính theo công thức: P = d1.V, trong đó V là thể tích của quả bóng, d1 là trọng lượng riêng của hiđrô, d2 là trọng lượng riêng của không khí. - Ta đã biết Hiđrô có trọng lượng riêng d1 P). kết quả là quả bóng bay lên. 3. Khai thác các cách giải khác nhau cho một bài toán vật lý: Khi học sinh đã nắm được phương pháp chung để giải một bài tập vật lý thì giáo viên cần tập chung rèn luyện cho các em kĩ năng làm bài, đặc biệt với học sinh khá giỏi thì nên cho học sinh phân tích kĩ đề bài để có thể tìm ra các lời giải khác nhau cho cùng một bài toán nhằm phát triển tư duy cho học sinh. 4. Phân dạng bài trong trường hợp dạy các đối tượng học sinh Khá- Giỏi. Khi học sinh đã nắm được phương pháp chung để giải một bài tập Vật lí thì giáo viên cần tập trung rèn luyện cho các em kĩ năng làm bài, đặc biệt với học sinh khá giỏi thì nên tiến hành phân dạng trong từng chuyên đề một và cần kích thích được tư duy của các em để các em có thể xuất phát từ một bài dễ, cơ bản, nâng lên thành một bài toán tổng quát ở một trình độ cao hơn. Ví dụ như đối với chuyên đề: “Chuyển động cơ học” của chương trình vật lí 8, giáo viên có thể phân ra các dạng bài tập của phần này như sau: Dạng 1: Xác định thời điểm và vị trí hai chuyển động gặp nhau Dạng 2: Xác dịnh thời điểm hai chuyển động cách nhau một đoạn s0. Dạng 3: Bài tập về vận tốc trung bình Dạng 4: Giải bài tập chuyển động bằng phương pháp đồ thị Với mỗi dạng bài giáo viên có thể cho học sinh làm một ví dụ cụ thể và từ đó hướng dẫn các em đưa ra cách giải tổng quát và dự đoán xem có thể có những trường hợp nào xảy ra đối với mỗi dạng toán đó. a. Dạng 1: Xác định thời điểm và vị trí hai chuyển động gặp nhau Ví dụ: Hai người cùng xuất phát một lúc hai địa điểm A và B cách nhau 75km. người thứ nhất đi xe máy từ A về B với vận tốc 25km/h. Người thứ hai đi xe đạp từ B ngược về A với vận tốc 12,5km/h. hỏi sau bao lâu hai người gặp nhau và xác định chỗ gặp nhau đó. Coi chuyển động của hai người là đều. Tóm tắt s=75km v1 = 25km/h v2 = 12,5km/h Tính t=? và s0 = ? Giải Quãng đường mà hai người đi được sau thời gian t lần lượt là s1 = v1t=25t s2 =v2t = 12,5t Xét tại vị trí gặp nhau ta có: s1 + s2 =s hay 25t + 12,5t = 75 ịt=2(h) s0 = s1 = 25.2=50(km) Vậy sau 2 giờ hai người đó gặp nhau, chỗ gặp nhau cách A 50km Từ đó giáo viên đưa ra bài toán tổng quát: Bài toán: Hai chuyển động cùng xuất phát tại hai địa điểm A và B cách nhau một đoạn s với vận tốc lần lượt là vA và vB (vA >vB). hỏi sau bao lâu hai chuyển động gặp nhau, xác định vị trí gặp nhau đó? Giáo viên yêu cầu học sinh chỉ ra xem có mấy trường hợp xảy ra với bài toán trên và từ đó đưa ra cách giải tổng quát. Phương pháp giải Bước 1: Tính quãng đường hai chuyển động đi được sau thời gian t s1 = vA .t; s2 = vB .t; Bước 2: Xét tại vị trí gặp nhau để thành lập mối quan hệ giữa s1 , s2 và s từ đó suy ra t Trường hợp 1: Hai chuyển động cùng chiều Ta có: s1= s + s2 hay vAt = s + vB t Suy ra: s0 = s1 = vAt = Trường hợp 2: Hai chuyển động ngược chiều ta có: s1 + s2 = s hay vAt + vBt =s t = s0 = s1 = vAt= b. Dạng 2: Xác định thời điểm và vị trí hai chuyển động cách nhau một đoạn s0 Bài toán 1: Hai chuyển động cùng xuất phát tại hai địa điểm A và B cách nhau một đoạn s với vận tốc lần lượt là vA và vB (vA < vB). Hãy xác định thời điểm hai chuyển động cách nhau một khoảng s0? Phương pháp giải Bước 1: Tính quãng đường hai chuyển động đi được sau thời gian t s1 = vAt ; s2 = vBt; Bước 2: Vẽ sơ đồ và dựa vào sơ đồ để thành lập mối quan hệ giữa s1, s2, s và s0 từ đó tính được t * Trường hợp 1: Hai chuyển động cùng chiều - Xét trước khi hai chuyển động gặp nhau . . . . A A Bb B S1 S0 S S2 Theo sơ đồ ta có: s + s1 = s0 + s2 Hay: s + vAt = s0 + vBt t = - Xét trường hợp sau khi hai chuyển động gặp nhau Theo sơ đồ ta có: s2 = s0 + s1 + s hay vBt = s0 + vAt + s vB . . . A B S1 S0 S S2 . VA t= * Trường hợp 2: hai chuyển động ngược chiều A . . . B S0 S1 S2 S . VA VB - Xét trường hợp trước khi hai chuyển động gặp nhau Theo sơ đồ ta có: s = s1 + s0 + s2 Hay s = vAt + s0 + vBt t = - Xét trường hợp sau khi hai chuyển động gặp nhau: A . . . B S0 S1 S2 S . VB VA Theo sơ đồ ta có: s2 + s1 – s0 =s Hay: vBt + vAt - s0 = s t = Bài toán 2: Hai chuyển động cùng xuất phát tại một địa điểm với vận tốc lần lượt là vA và vB (vA < vB ). Hãy xác định thời điểm hai chuyển động cách nhau một đoạn s0? Phương pháp giải Bước 1: Tính quãng đường hai chuyển động đi được sau thời gian t s1 = vAt ; s2 = vBt; Bước 2: Thành lập mối quan hệ giữa s1, s2 và s từ đó ta tính được thời gian t. * Trường hợp 1: hai chuyển động cùng chiều Ta có: s2 = s1 + s0 Hay vBt = vAt + s0 t = * Trường hợp 2: Hai chuyển động ngược chiều Ta có: s2 + s1 = s0 Hay vBt + vAt = s0 t = c. Dạng 3: Bài tập về vận tốc trung bình Phương pháp giải - Thành lập các công thức tính các đoạn đường s1, s2, .., sn hoặc các công thức tính thời gian t1, t2..., tn - áp dụng công thức tính vận tốc trung bình trên cả đoạn đường s Ví dụ: Tính vận tốc trung bình của một vật trong hai trường hợp sau: a. Nửa thời gian đầu vật chuyển động với vận tốc v1, nửa thời gian sau vật chuyển động với vận tốc v2 b. Nửa quãng đường đầu vật chuyển động với vận tốc v1, nửa quãng đường sau vật chuyển động với vận tốc v2 c. So sánh vận tốc trung bình trong hai trường hợp câu a và câu b giải a. Gọi thời gian vật chuyển động hết quãng đường s là t Quãng đường vật đi được trong nửa thời gian đầu và nửa thời gian sau là s1 = v1 . ; s2 = v2 . Vận tốc trung bình trên cả quãng đường s là: b. Gọi quãng đường vật chuyển động được là s Thời gian để vật đi được nửa quãng đường đầu và nửa quãng đường sau sẽ là: ; Vận tốc trung bình trên cả đoạn đường s c. Xét hiệu v – v’ = - Nếu v1 – v2 = 0 hay v1 = v2 khi đó v – v’ = 0 hay v = v’ - Nếu v1 – v2 ạ 0 hay v1 ạ v2 Khi đó: (v1 – v2)2 > 0 với "v1, v2 ị v1 + v2 > 0 do đó: v – v’ = ị v > v’ d. Dạng 4: Giải bài tập chuyển động bằng phương pháp đồ thị Bước 1: Thành lập các công thức tính quãng đường theo vận tốc và thời gian: s1 = v1t ; s2 = v2t; Bước 2: Coi s là hàm còn t là ẩn. vẽ các đồ thị của các hàm số s1, s2 trên cùng hệ trục tọa độ. Bước 3: dựa vào đồ thị để tính toán C. Kết thúc vấn đề 1. Hiện nay qua 4 năm thay sách giáo khoa mới với một chương trình kiến thức rộng mở, đối với chương trình vật lí 8 và nâng cao đã có nhiều học sinh có những cách giải hay độc đáo và chính xác. Đây cũng là bước phát triển mới trong tư duy của học sinh. 2. Tuy nhiên vẫn còn nhiều học sinh chưa tìm ra được các cách giải cho một bài tập vật lí. chính vì vậy các thầy cô giáo là những người tổ chức điều khiển, lựa chọn phương pháp vào một lời giải hay, đảm bảo độ chính xác cao, trình bày khoa học, phù hợp với những đối tượng học sinh. 3. Trên đây là một số kinh nghiệm củ tôi trong việc lựa chọn một số phương pháp giải bài tập vật lí. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các đồng chí, đồng nghiệp và bạn bè để tôi có được nhiều kinh nghiệm hơn trong việc giảng dạy. Yên Đồng, ngày 25 tháng 04 năm 2008 Người viết Nguyễn Văn Dũng