Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải bai tập Vật lý

phương pháp giải bài tập vật lí thcs ----------—&–---------- I- Lí do chọn đề tài: Đối với học sinh phổ thông, vấn đề giải và chữa các bài tập gặp không ít khó khăn vì học sinh không nắm vững lí thuyết và kỹ năng vận dụng kiến thức vật lí. Vì vậy các em giải một cách mò mẫm, không có định hướng rõ ràng, áp dụng công thức máy móc và nhiều khi không giải được. Có thể có nhiều nguyên nhân: - Học sinh chưa có phương pháp khoa học để giải bài tập vật lí. - Chưa xác định được mục tiêu giải bài tập là tìm ra từ câu hỏi, điều kiện của bài toán, xem xét các hiện tượng vật lí nêu trong bài tập để từ đó nắm vững bản chất vật lí, tiếp theo xác định được mỗi liên hệ cái đã cho và cái phải tìm. II- Mục tiêu và ý nghĩa của đề tài Bài tập vạt lí giúp các em hiểu, khắc sâu thêm phần lý thuyết và đặc biệt giúp học sinh có phương pháp giải bài tập. Biết vận dụng kiến thức vật lí để giải quyết các nhiệm vụ học tập và những vấn đề thực tế của đời sống. Bài tập vật lí giúp các em hiểu sâu hơn những quy luật vật lí, những hiện tượng vật lí, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt tự giải quyết những tình huống cụ thể khác nhau để từ đó hoàn thiện về mặt nhận thức và tích luỹ thành vốn riêng của mình. Muốn làm được được bài tập vật lí, phải biết vận dụng các thao tác tư duy, so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hoá... Để xác định bản chất vật lí trên cơ sở đó chọn ra các công thức thích hợp cho từng bài tập cụ thể. Vì thế bài tập vật lí còn là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, sáng tạo, tính tự lực trong suy luận. Bài tập vật lí là hình thức củng cố, ôn tập, mở rộng hoặc đi sâu vào các trường hợp riêng lẻ của định luật. Khi làm bài tập, học sinh bắt buộc phải nhớ lại kiến thức đã học và vận dụng, đào sâu kiến thức, do vậy, đứng về mặt điều khiển hoạt động nhận thức thì đây là phương tiện tự kiểm tra kiến thức kỷ năng của học sinh. Trong việc giải bài tập nếu học sinh tự giác, say mê tìm tòi thì nó có tác dụng rèn luyện cho các em những đức tính tốt như tinh thần tự lập, vượt khó, tính cẩn thận, tính kiên trì và đặc biệt tạo niềm vui trí tuệ trong học tập. III- Phương pháp giải bài tập vật lí 1. Phân loại bài tập vật lí Có thể có nhiều cách phân loại bài tập vật lí. Người ta có thể phân ra theo nội dung vật lí là bài tập CƠ - NHIệT - Điện ... Nhưng có rất nhiều bài nội dung lại có cả CƠ, NHiệt, Điện, ... thì ta thường gọi là bài tập tổng hợp, bài tập có nội dung lịch sử, nội dung thực tế có bài lại giống như câu hỏi không có số hiệu cụ thể. Tuy nhiên ta vẫn căn cứ vào dấu hiệu chủ yếu của từng loại, ý nghĩa vai trò của từng loại để xếp thành các loại bài tập sau: 1.1 Bài tập định tính, định lượng a) Bài tập định tính: Là loại bài khi giải không cần tính toán cụ thể hoặc chỉ cần tính nhẩm đơn giản. Muốn giải bài tập này học sinh cần vận dụng kiến thức nhằm phát hiện bản chất vật lí được nêu bật lên, vận dụng tri thức kỷ năng đã biết đi tới kết luận cuối cùng, còn những chi tiết không bản chất được lược bớt. Ví dụ: Giải thích tại sao giờ cao điểm đèn không sáng bằng lúc đêm khuya? Bài tập định tính thường dùng để minh hoạ những ứng dụng thực tế hay trong sinh hoạt hàng ngày nên phải ngắn gọn, rèn luyện thói quên vân dụng kiến thức vật lí để giải thích các hiện tượng gần gũi với đời sống, thiên nhiên. Thực chất loại bài tập này là những câu hỏi. b) Bài tập định lượng: Là loại bài tập có số liệu cụ thể, muốn giải được phải thực một loạt các phép tính. Ví dụ: Một bóng đèn có ghi 3V - 3W. Tính cường độ dòng điện định mức qua bóng đèn? Nếu hiệu điện thế 2 đầu bóng đèn là 2,5V, lúc đó cường độ dòng điện qua bóng đèn là bao nhiêu? Bóng đèn sáng bình thường không? Vì sao? 1.2 Bài tập có nội dung thực tế: Là loại bài tập có liên quan trực tiếp tới đời sống thực tế, kĩ thuật, sản xuất, các hiện tượng thiên nhiên và đặc biệt là thực tế lao động, sinh hoạt hàng ngày (mà học sinh thường gặp). Những bài tập này có dụng rất lớn về mặt giáo dục kĩ thuật tổng hợp. Ví dụ: Em hãy tính tiền điện mà gia đình em phải trả cho một ngày đêm sử dụng điện. Giả sử giá 1KW điện phải trả 700 đồng. Loại bài tập này đơn giản rất quen thuộc, gần gũi với học sinh trong từng gia đình ở từng địa phương và gây được hứng thú cho các em khi giải bài tập. Hoặc: Vẽ một sơ đồ 1 bóng đèn ở cầu thang sao cho có thể tắt mở ở hai đầu trên và dưới cầu thang. 1.3 Bài tập thí nghiệm: Là những loại bài khi giải phải tiến hành những thí nghiệm hoặc quan sát kiểm chứng cho lời giải lý thuyết hoặc tìm ra số liệu cụ thể. Loại bài này có nhiều tác dụng về giáo dục giáo dưỡng và giáo dục kĩ thuật tổng hợp. Một ưu điểm nữa của loại bài này là học sinh phải biết đầy đủ quá trình vật lí của bài tập chứ không phải chỉ áp dụng công thức một cách máy móc. Bài tập thí ngiệm có tác dụng nâng cao chất lượng học tập, gây hứng thú, gắn học với hành, lý thuyết với thực tiễn, kích thích tính tích cực, tự lập, rèn luyện trí thông minh sáng tạo. Để học sinh dễ dàng thực hiện được các loại bài tập thí nghiệm thì thường các bài toán thí nghiệm vật lí phải xây dựng bằng những vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền, dễ làm. Mức độ chính xác về định lượng cũng vừa phải. U A K U A Rx Phải hướng dẫn kĩ năng thực hành cho học sinh, phải được coi trọng về độ an toàn, tính khoa học. Ví dụ: Có một nguồn điện, hiệu điện thế U, một dây dẫn điện trở R = 2W, một Ampe kế. Hãy xác định điện trở Rx của một dây dẫn khác chứa hết giá trị. Có thể mắc mạch điện như sơ đồ I1.R = I2.Rx = U I1 và I2 đọc được ở Ampe kế I1R I2 Suy ra: Rx = 1.4 Bài tập vui: Giờ bài tập dễ trở thành khô khan, mệt mỏi, gây nhiều ức chế cho học sinh khi phải sử dụng nhiều những số liệu và các phép toán. Nếu đã có vật lí vui, thiên văn vui, cơ học vui, ... thì tại sao lại không có bài tập vui? Trò chơi ô chữ cũng có thể xem là bài tập vui. Khổng Tử cũng đã từng khuyên học trò của mình: Hãy tìm một niềm vui trong học tập "Hiểu mà học không bằng thích mà học, thích mà học không bằng vui mà học" Tất nhiên niềm vui ở các bài tập vật lí phải mang tính trí tuệ cao. Ví dụ: Tại sao chim đậu trên đường dây điện cao thế lại không lại không bị điện giật? Hoặc tại sao các dòng sông lại quanh co?... 1.5 Bài tập có tính nghịch lý, nguỵ biện, bài tập tính lịch sử: Các hiện tượng xẩy ra trong thiên nhiên, các trường hợp thường gặp trong đời sống kĩ thuật đều tuân theo quy luật khoa học và giải thích theo tri thức vật lí đã biết. Tất nhiên có rất nhiều hiện tượng, sự kiện để giải thích chi tiết, cặn kẽ lại không đơn giản. Thoạt nhìn có thể giải thích sai, lí luận không chặt chẽ, tưởng đúng mà hoá sai, có mâu thuẫn, phải lý luận và hiểu sâu hơn mới giải thích đúng. Tất nhiên tạo cho học sinh hứng thú tìm tòi khoa học đó là những nghịch lý nguỵ biện, như: Buổi sáng nhìn mặt lớn hơn buổi trưa, hoặc viên sỏi rơi nhanh hơn lông ngỗng vì nó nặng hơn,... Các câu trả lời của học sinh cho thầy, cô thường phạm sai lầm tinh vi rất khó nhận thấy, việc phát sinh sai lầm thường nổ ra các cuộc tranh luận sôi nổi, hứng thú, bổ ích hợp với "lẽ thông thường" nhưng lại mâu thuẫn với kiến thức vật lí. Các bài toán nghịch lý nguỵ biện về vật lí, bài tập có nội dung lịch sử là những bài toán đặc biệt mà phương pháp giải chung nhất là phân tích và tìm ra nguyên nhân của sự hiểu sai các khái niệm, định luật và lý thuyết vật lí. Ví dụ: Truyền thuyết kể rằng: Hoàng tử Hồ Nguyên Trừng, con trai Hồ Quý Ly là một nhà kĩ thuật rất giỏi. Một lần trong cung điện có một cái cột đá chạm khắc công phu cao và to nhưng lại bị nghiêng và có nguy cơ đổ. Không thể dùng sức người để dựng chiếc cột cho thẳng lại. Vị Hoàng tử tài ba ấy đã vận dụng hiểu biết sự co giãn vì nhiệt đã giải thành công bài toán dựng lại cột đá đó. Em hạy dự đoán xem cách làm thế nào để dựng lại cột đá đó? 1.6 Bài tập trắc nghiệm: Câu hỏi trắc nghiệm có nhiều phương án để lựa chọn để trả lời do đó có thể đo được những mức khả năng khác nhau về giá trị nội dung và độ tin cậy cao vì số câu hỏi nhiều hơn trong cùng một thời gian làm bài của học sinh. Phương pháp học tập và làm bài trắc nghiệm mang tính khách quan nâng mức biết, mức hiểu, mức sử dụng, mức phân tích, mức tổng hợp , mức thẩm định lên cao hơn. Rèn luyện cho học sinh có thói quen đọc nhanh, làm nhanh. Câu hỏi bài tập tuy ngắn nhưng số lượng câu hỏi lại nhiều thường hỏi đều khắp chương trình nên phải học hết, học kĩ, không thể học tủ, đoán mò. 2. Phương pháp giải bài toán vật lí 2.1 Các bước cơ bản: a) Viết tóm tắt các dữ kiện: Đọc kĩ đầu bài (khác với thuộc đầu bài), tìm hiểu ý nghĩa của những thuật ngữ, có thể phát biểu tóm tắt ngắn gọn, chính xác. Dùng ký hiệu tóm tắt đề bài cho gì, hỏi gì? Dùng hình vẽ để mô tả lại tình huống, minh hoạ (nếu cần). b) Phân tích nội dung làm sáng tỏ bản chất vật lí, xác lập mỗi quan hệ của các dữ kiện xuất phát và rút ra cái cần tìm, xác định phương hướng và vạch ra kế hoạch giải. c) Chọn công thức thích hợp, kế hoạch giải: Lập các phương trình (nếu cần) với chú ý có bao nhiêu ẩn số thì có bấy nhiêu phương trình. d) Lựa chọn cách giải cho phù hợp. e) Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận Ví dụ minh hoạ: Một bếp điện được mắc vào mạch điện có U = 100V, một điện trở r mắc nối tiếp với nó. Khi dòng điện qua bếp, điện đã ổn định, r có giá trị 1,5W, công suất tiêu thụ của bếp là P = 666W. a/ Tính điện trở của bếp (Rb). 110V 110V Rb b/ Hiệu điện thế ở 2 cực của bếp? Giải Cho: U = 100V (r nt Rb ), r = 1,5W P = 666W Hỏi: a/ Rb = ? b/ Ub = ? a/ Theo công thức: P = U.I = I2(Rb + r) = I2.Rb + I2.r Theo đề bài ta có: I2.Rb = 666 (W) (1) 100 Rb + r I = (2) 100 Rb + r 2 Thay (2) vào (1) ta có: . Rb = 666 (3) (3) Rb2 - 12Rb + 2,2 = 0 (3') Giải phương trình (3') ta được: Rb1 = 11,8W Rb2 = 0,20W b/ Ubếp = U - Ur = 100 - I.r 100 11,8 + 1,5 U Rb1 + r *Với Rb1 = 11,8W thì I1 = = = 7,51(A) Vậy Ub1 = U - I1.r = 100 - 7,51 . 1,5 = 88,7(V) 100 0,20 + 1,5 U Rb2 + r *Với Rb2 = 0,20W thì I2 = = = 59(A) Vậy Ub2 = U - I2.r = 100 - 59 . 1,5 = 11,5 (V) Đến đây, theo bước 5 (bước e) ta phải kiểm tra xác nhận kết quả và biện luận. Hai kết quả này đều cho công suất tiêu thụ của bếp là 666W. Nhưng kết quả thứ hai dấn đến I2 = 59A là kết quả không thể chấp nhận được. Vì vậy đáp số của bài là ỗRb = 11,8Wỗ và ỗUb = 88,7Vờ Từ cách phân tích 5 bước để giải bài tập vật lí và thí dụ minh hoạ, ta có thể tóm tắt các bước giải bài tập vật lí theo sơ đồ sau: Bài tập vật lí Dự kiện (tóm tắt) Hiện tượng – nội dung Bản chất vật lí Kế hoạch giải Chọn công thức Cách giải Kiểm tra - Đánh giá - Biện luận Hỏi gì? - Cho gì? - Vẽ gì? Bản chất vật lí 2.2 ý nghĩa vật lí và ý nghĩa toán học của các dữ kiện: a) Toán học giúp ta diễn đạt các địng luật vật lí và là công cụ quan trọng giúp ta lập luận để tìm ra mỗi quan hệ giữa các đại lượng vật lí. I tỉ lệ thuận với U I tỉ lệ nghịch với R U R Ví dụ: I = U I Còn nếu R = thì R không tỉ lệ thuận với U, không tỉ lệ nghịch với I b) Một học sinh làm phép tính sau: 7,62 m - 3,62 m = 4,00 m về mặt toán hoc, 2 số 0 là thừa có thể viết gọn hơn là 4m. Nhưng về mặt vật lí cách viết 4 m và 4,00 m có nghĩa khác nhau, viết 4,00 m nghĩa là phép đo chính xác đến cm. Việc làm tròn số đối với bài tập vật lí là phải luôn chú ý đến dữ kiện và ý nghĩa của các phép đo. IV- Tổng kết Khi hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí, giáo viên cần hướng dẫn học sinh thực hiện các bước để học sinh trở thành thói quen và làm được như vậy thì một bài tập sau khi giải xong sẽ rất chặt chẽ và logic. Nghĩa đàn, tháng 5 năm 2008 Người viết Nguyễn Hồng Linh