Phát huy tính tích cực học tập của học sinh trong việc dạy học một định luật Vật lý

* Có ba cách để khám phá được định luật vật lý là:

+ Khái quát hóa quy nạp các dữ liệu thí nghiệm: Trên cơ sở mối quan hệ giữa các đại lượng vật lý thu được qua một số thí nghiệm mà suy luận tới mối quan hệ này cho mọi trường hợp tương tự. Mức độ tin cậy và tính đúng đắn của suy luận quy nạp này càng tăng nếu dựa trên càng nhiều các thí nghiệm riêng lẻ và mối quan hệ rút ra từ những thí nghiệm riêng lẻ này phản ánh càng đúng bản chất.

+ Phương pháp thực nghiệm: Từ các sự kiện thực tế và thực nghiệm mà đề xuất giả thuyết, có chức năng lý giải các sự kiện này. Tổ chức các thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết hoặc các hệ quả của giả thuyết. Nếu được các thí nghiệm xác nhận thì đi tới phát biểu các định luật.

+ Phương pháp suy luận lý thuyết: Theo phương pháp này thì quá trình suy luận chủ yếu là suy luận diễn dịch. Trong đó xuất phát từ những kết luận khái quát chung mà tiến hành suy luận về một trường hợp riêng lẻ. Tính đúng đắn của những kết luận thu được bằng phương pháp này đòi hỏi trước hết rằng kết luận khái quát dùng làm tiền đề xuất phát của quá trình suy luận phải là chân thực, đúng đắn. Sau đó là việc suy luận phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc của suy luận lôgic và suy luận toán học. Cuối cùng mọi kết luận thu được như là kết quả của quá trình suy luận này phải được kiểm tra bằng hàng loạt các thí nghiệm.

Để khắc phục những hạn chế trên đồng thời giúp học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải thích được các hiện tượng, khái niệm, vận dụng tính toán trong việc xây dựng định luật vật lý. Tôi xin đưa ra một số giải pháp thực hiện việc dạy học phát huy tính tích cực học tập của học sinh trong tiết dạy định luật vật lý ở trường THCS như sau:

3.1. Tổ chức lớp học:

– Trình bày các định luật vật lý theo phương pháp khái quát hóa quy nạp các dữ liệu thí nghiệm.

– Giáo viên đặt câu hỏi kiểm tra ôn tập để nắm vững các đại lượng vật lý được đề cập trong định luật sẽ được khảo sát.

3.2. Tổ chức tình huống học tập:

– Thiết lập và tiến hành các thí nghiệm trong đó có thể lần lượt tác động làm thay đổi trị số của hai trong số các đại lượng vật lý, còn các đại lượng vật lý khác được giữ không đổi. Trong mỗi lần thí nghiệm, khi chủ động làm thay đổi trị số của một đại lượng này sẽ dẫn tới sự thay đổi trị số của đại lượng kia. Lập bảng ghi lại trị số phụ thuộc và tương ứng của hai đại lượng này.

– Từ bảng các trị số đo được, lập đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa hai đại lượng này. Từ đó suy luận lôgic và suy luận toán học để tìm ra mối quan hệ định lượng giữa hai đại lượng này.

– Nếu định luật phản ánh mối quan hệ giữa nhiều đại lượng vật lý thì lập lại thí nghiệm tương tự đối với một cặp hai đại lượng khác và suy luận về mối quan hệ định lượng giữa cặp đại lượng này.

– Cuối cùng, tiến hành tổng hợp, khái quát hóa quy nạp và suy luận toán học, trên cơ sở mối quan hệ định lượng giữa các cặp hai đại lượng đã tìm được để đi tới mối quan hệ định lượng tổng quát giữa các đại lượng được đề cập trong định luật được khảo sát. Mối quan hệ định lượng này thường được thể hiện dưới dạng một hệ thức toán học.

– Phát biểu định luật, viết hệ thức toán học biểu thị mối quan hệ định lượng giữa các đại lượng vật lý, trong đó lưu ý mối quan hệ về đơn vị đo các đại lượng này và phạm vi áp dụng của định luật.

– Áp dụng định luật cho một số trường hợp cụ thể, từ đơn giản đến phức tạp.

3.3. Tổ chức mở rộng nâng cao kiến thức.

– Khi định luật vật lý đã được xây dựng xong, các đại lượng vật lý liên quan có trong hệ thức, thì giáo viên nên đưa ra bài tập nhằm kiểm tra lại kiến thức của học sinh thông qua các bài tập vận dụng từ đơn giản đến phức tạp.

– Giáo viên đưa ra dạng bài tập nâng cao có liên quan đến các đại lượng vật lý đã học nhằm phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh khá giỏi.

– Cuối mỗi bài, giáo viên tổng kết và nêu cách giải hợp lí và ngắn gọn nhất cũng như đáp số đúng của bài tập đó để học sinh hiểu rõ vấn đề.

3.4. Tổ chức kiểm tra đánh giái kết quả.

* Ví dụ minh họa dạy học một định luật vật lý.

* Ví dụ 1: Dạy học trích đoạn “ Khảo sát định luật ôm” tiết 2. “Điện trở dây dẫn – Định luật ôm” ( bài 2, SGK Vật lí 9)

– Ôn tập để nắm vững các đại lượng vật lí đề cập trong định luật là cường độ dòng điện (I) và hiệu điện thế (U) giữa hai đầu dây dẫn, giới thiệu sơ đồ mạch điện ( hình 1.1 SGK vật lý 9) đồng thời ôn lại các dụng cụ Ampe kế đo cường độ dòng điện và vôn kế đo hiệu điện thế, nguồn điện, dây dẫn, …

– Giáo viên hướng dẫn học sinh xem lại kết quả thí nghiệm ở bảng 1 trong tiết học trước.

– Từ các số liệu đo được hướng dẫn học sinh vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ sự phụ thuộc của cường độ dòng điện và hiệu điện thế. Từ suy luận toán học tìm ra mối quan hệ quy luật về mặt định lượng: Tỉ lệ thuận giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế giữa hai đầu dây.

– Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc theo nhóm thiết lập và tiến hành thí nghiệm đo cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn khác ứng với các hiệu điện thế khác nhau đặt vào hai đầu dây dẫn: Tiến hành mắt mạch điện theo sơ đồ, đo cường độ dòng điện (I) tương ứng với mỗi hiệu điện thế. Ghi lại giá trị trong bảng 2.

– Giáo viên yêu cầu học sinh tính thương số đối với mỗi dây dẫn trong bảng 1 và 2 ở bài 1, nhận xét giá trị thương số đối với mỗi dây dẫn và hai dây dẫn khác nhau. Hình thành khái niệm điện trở.

+ Trị số không đổi đối với mỗi dây dẫn và được gọi là điện trở của dây dẫn đó.

+ Trong hệ thức trên. Nếu U được tính bằng vôn, I được tính bằng ampe thì R được tính bằng ôm, kí hiệu

– Giáo viên thông báo ta đã biết, đối với mỗi dây dẫn, cường độ dòng điện (I) tỉ lệ thuận với hiệu điện thế (U). Mặt khác, với cùng một hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn có điện trở khác nhau thì cường độ dòng điện (I) tỉ lệ nghịch với điện trở (R).

Vậy từ hệ thức Kết quả, ta có hệ thức tính định luật Ôm:

– Giáo viên yêu cầu học sinh phát biểu định luật Ôm về mối quan hệ giữa cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn và hiệu điện thế giữa hai đầu dây.

Giáo viên lưu ý cho học sinh hiểu thêm: Phạm vi áp dụng hệ thức định luật Ôm ở trên chỉ đúng đối với một điện trở thuần ( chỉ tỏa nhiệt khi có dòng điện chạy qua) và nhiệt độ của nó không đổi.

* Với cùng một hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn có điện trở khác nhau thì cường độ dòng điện (I) tỉ lệ nghịch với điện trở (R).

Ta có:

Bài tập vận dụng và mở rộng:

Bài 1: Hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn 6V, dòng điện chạy qua nó có cường độ 300mA.. Tính điện trở dây dẫn.

* Giáo viên hướng dẫn học sinh thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Tìm hiểu, tóm tắt đề bài, đổi đơn vị đo hợp pháp.

Cho: U = 6V; I = 300mA = 0,3A

Tính: R = ?

Bước 2: Phân tích tìm công thức liên quan đến các đại lượng cần tìm.

Bước 3: Vận dụng công thức để giải bài tập.

Điện trở dây dẫn là:

Bước 4: Kiểm tra, xem lại đơn vị đo các đại lượng vật lý.

Bài 2:

Cho mạch điện như sơ đồ bên: Biết điện trở R₁ = 10, hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch là U = 12V.

a) tính cường độ dòng điện I₁ chạy qua R₁.

b) Giữ nguyên U = 12V, thay R₁ bằng điện trở R₂, khi đó ampe kế chỉ giá trị . Tính điện trở R₂.

* Giáo viên hướng dẫn học sinh thực hiện giải bài tập 2 theo các bước như bài tập 1.

Đề đã cho biết đại lượng vật lý nào và đại lượng nào cần tìm?

Yêu cầu học sinh lên bảng tóm tắt lại đề bài theo các đại lượng vật lý.

Cho biết: U = 12V ; R₁ = 10

Tính: a) I₁ = ?

b) tính R₂

* Gợi ý hướng dẫn. a) – Ta có thể áp dụng công thức nào để tính được I₁?

– Vậy cường độ dòng điện chạy qua R₁ khi đó là bao nhiêu?

Giáo viên gọi một học sinh trung bình lên bảng hoàn thành câu a.

b) – Với cùng một hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây dẫn khác nhau thì cường độ dòng điện tỉ lệ như thế nào với điện trở?

– Vậy ta rút ra được mối liên hệ gì về cường độ dòng điện và điện trở của hai dây dẫn khác nhau?

– Yêu cầu học sinh khá lên bảng hoàn thành câu b.

Ta có: hay

* Giáo viên gợi ý cho học sinh khá giỏi về nhà tìm cách giải khác cho câu b.

* Ví dụ 2:

Dạy học trích đoạn “ Khảo sát định luật về công” tiết 20. “Định luật về công” ( bài 14, SGK Vật lí 8).

– Ôn tập kiến thức về công cơ học.

– Ôn tập cho học sinh nhớ lại kiến thức đã học ở lớp 6 “ máy cơ đơn giản”.

– Muốn đưa vật lên cao người ta sử dụng máy cơ đơn giản để được lợi về lực. Vậy máy cơ đơn giản có cho ta lợi về công hay không? Thầy cùng các em nghiên cứu bài học hôm nay.

– Giáo viên giới thiệu dụng cụ thí nghiệm, hướng dẫn học sinh thực hiện nhóm tiến hành thí nghiệm theo hình 14.1 sgk ( dùng ròng rọc động).

– Yêu cầu học sinh móc lực kế vào quả nặng rồi kéo lên theo phương thẳng đứng ( sao cho số chỉ của lực kế không thay đổi) lên đoạn s₁. Đọc số chỉ F₁ của lực kế và độ dài quãng đường s1, ghi kết quả thí nghiện vào bảng 14.1 sgk.

– Tiến hành tương tự nhưng trong trường hợp này dùng ròng rọc động. Đọc số chỉ lực kế F₂ và quãng đường đi được s₂, ghi kết quả thí nghiệm vào bảng 14.1 sgk.

– Yêu cầu học sinh so sánh hai lực F₁, F₂ và quãng đường s₁, s₂.

– Tính công thực hiện A₁ và A₂ so sánh:

=> nhận xét: A₁ = A₂

* Kết luận: Dùng ròng rọc động được lợi hai lần về lực thì thiệt hai lần về đường đi nghĩa là không được lợi về công.

+ Giáo viên yêu cầu học sinh thí nghiệm tương tự đối với mặt phẳng nghiêng có độ cao bằng độ cao khi kéo vật lên trực tiếp và có độ dài gấp đôi so với độ cao, giáo viên chuẩn bị trước.

– Học sinh thực hiện thí nghiệm kéo vật lên theo phương thẳng đứng và trên mặt phẳng nghiêng. Ghi lại kết quả tính công thực hiện trong hai trường hợp, rút ra nhận xét: A₁ = A₂

+ Giáo viên thông báo kết luận trên không chỉ đứng cho ròng rọc đồng mà còn đúng cho mọi máy cơ đơn giản khác. Do đó ta có kết luận tổng quát sau đây gọi là định luật về công.

+ Học sinh phát biểu định luật:

Không một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công. Được lợi bao nhiêu lần về lực thì lại thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.

Giáo viên lưu ý cho học sinh hiểu thêm:

– Từ định luật trên ta có: A₁ = A₂

– Trong thực tế, ở các máy cơ đơn giản bao giờ cũng có ma sát. Vì vậy, công mà ta phải tốn (A₂) để nâng vật lên bao giờ cũng lớn hơn công (A₁) dùng để nâng vật lên khi không có ma sát, đó là vì để tốn phần công thắng ma sát.

Tỉ số gọi là hiệu suất của máy, kí hiệu là H.

Ta có:

A₁ là công có ích.

A₂ là công toàn phần.

H là hiệu suất luôn nhỏ hơn 100%

Bài tập vận dụng và mở rộng:

Bài 1: Kéo hai thùng hàng, mỗi thùng nặng 500N lên sàn ôtô cách mặt đất 1m bằng tấm ván đặt nghiêng ( bỏ qua ma sát ) trong hai trường hợp sau:

– Kéo thùng thứ nhất dùng tấm ván dài 4m.

– Kéo thùng thứ hai dùng tấm ván dài 2m.

Hỏi: a) Trường hợp nào kéo với lực kéo nhỏ hơn và nhỏ hơn bao nhiêu lần?

b) Trường hợp nào tốn nhiều công hơn?
c) Tính công của lực kéo thùng hàng theo mặt phẳng nghiêng lên sàn ôtô.

* Gợi ý hướng dẫn. Hướng dẫn học sinh thực hiện giải bài tập theo 4 bước trên.

a) Ở cùng độ cao, tấm ván dài 4m và tấm ván dài 2m thì mặt phẳng nào nghiêng ít hơn?

– Vậy theo định luật về công thì quãng đường đi được tỉ lệ như thế nào với lực kéo ( khi không có ma sát)?

– Yêu cầu học sinh lên bảng trình bày.

Ta có:

Trường hợp 1 lực kéo nhỏ hơn và nhỏ hơn 2 lần.

b) Không có trường hợp nào tốn nhiều công hơn.

Vì theo định luật về công thì trường hợp dùng tấm ván dài 4m được lợi về lực thì thiệt về đường đi và ngược lại, nên không cho ta lợi về công.

c) Công thực hiện trên mặt phẳng nghiêng ( không có ma sát) có bằng công đưa vật lên theo phưng thẳng đứng hay không? Vì sao?

– Hs lên bảng trình bày.

Công thực hiện trên mặt phẳng nghiêng bằng công đưa vật lên theo phương thẳng đứng và bằng:

A = P.h = 500.1 = 500(J)

Bài 2: Người ta dùng một mặt phẳng nghiêng để kéo một vật có trọng lượng 500N lên cao 2m.

a) Nếu không có ma sát thì lực kéo là 125N. Tính chiều dài mặt phẳng nghiêng.
b) Thự tế có ma sát và lực kéo vật là 150N. tính hiệu suất mặt phẳng nghiêng.

* Gợi ý hướng dẫn.

– Yêu cầu học sinh tóm tắt đề bài:

Cho biết: P = 500N , h = 2m

a) F₁ = 125N tính l = ?
b) F₂ = 150N tính H = ?
a) – Công thực hiện để kéo vật lên trên mặt phẳng nghiêng ( không có ma sát) như thế náo với công thực hiện kéo vật lên trực tiếp.

– Áp dụng hệ thức nào tính được công A, sau đó tính l.

+ Học sinh trung bình lên bảng trình bày:

Công thực hiện: A = P.h = 500.2 = 1000 (J)

Chiều dài mặt phẳng nghiêng: A = F₁.l