• TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM HÀ NỘI • • • KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ THÙY DUNG XÂY DƯNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT • • • • • ••• BẢO TỒN” - VẬT LÍ 10 THPT KHĨA LN TỐT NGHIÊP ĐAI HOC TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM HÀ NỘI • • • KHOA VẬT LÝ HÀ NỘI, 2015 NGUYỄN THỊ THÙY DUNG XÂY DựNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP • • • CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN” - VẬT LÍ 10 • • • THPT Chuyên ngành: Lí luận phương pháp dạy học mơn Vật lí KHĨA LN TỐT NGHIÊP ĐAI HOC • • • • Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THẾ KHƠI Tơi xin bày tỏ lịng biết om sâu sắc đến TS Nguyễn Thế Khơi, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành khóa luận Nhờ thày, học hỏi thêm nhiều phương pháp dạy học vật lí, phương pháp HÀ NỘI, 2015 nghiên cứu khoa học biết cách nghiên cứu vấn đề khoa học cách nghiêm túc đắn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, thầy cô khoa Vật lý giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi hồn thành khóa luận Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường THPT Tiên Du thầy cô tổ Vật lý - CN giúp đõ suốt thời gian thực tập thực đề tài Tơi xin cảm ơn gia đình bạn bè giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành khóa luận Hà Nội, tháng năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Thùy Dung HÀ NỘI, 2015 Tôi hồn thành khóa luận hướng dẫn TS Nguyễn Thế Khôi nỗ lực thân Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu không trùng với kết nghiên cứu tác giả công bố trước Mọi giúp đỡ cho việc thực khóa luận cảm ơn thông tin trích dẫn khóa luận ghi rõ nguồn gốc Nếu sai tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, tháng năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Thùy Dung HÀ NỘI, 2015 BẢNG CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẤT Viết đầy đủ Viết tắt Bài tập vật lí BTVL Định luật bảo toàn ĐLBT Đối chứng ĐC Giáo viên GV Học sinh HS Nhà xuất NXB Sách giáo khoa SGK Trung học phổ thông THPT Thực nghiệm Thực nghiệm sư phạm r r«H ■ A Tiên sĩ rsề TN TNSP TS MỤC LỤC 2.1 Sử dụng hệ thống tập dạy học chương “Các định luật bảo tồn” 51 MỞ ĐẦU LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, tiềm trí tuệ trở thành động lực phát triển đất nước Giáo dục - Đào tạo nhân tố định đến vị quốc gia trường quốc tế Với quan điểm: “Giáo dục quốc sách hàng đầu”, Đảng Nhà nước đề giải pháp để phát triển giáo dục, giải pháp là: “Đổi mạnh mẽ nội dung, chương trình học, phương pháp học tất bậc học, cấp học ” Thực chất việc đổi phương pháp dạy học “Lấy HS làm trung tâm”, ừong đặc biệt nhấn mạnh đến hoạt động trình dạy học, đổi phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo HS Trong thực tiễn có nhiều phương pháp dạy học hiệu Tuy nhiên môn khoa học tự nhiên nói chung mơn Vật lí trường phổ thơng nói riêng, việc giải tập có tác dụng tích cực đến hoạt động dạy học, đóng vai ừị quan trọng việc ơn tập giúp HS nắm vững kiến thức, đào sâu mở rộng kiến thức, rèn luyện tư duy, kĩ năng, kĩ xảo cho HS Việc sử dụng BTVL hiệu tổ chức tốt hoạt động hướng dẫn HS giải BTVL dạy học phát huy tính tích cực, chủ động học tập HS Tuy nhiên số lượng tập ừong SGK, sách tập tài liệu tham khảo nhiều gây khó khăn hoạt động giảng dạy học tập GV HS, cần phải có lựa chọn, phân loại, xếp tập thành hệ thống tối ưu phù hợp với mục đích sư phạm Vật lí học khoa học nghiên cứu hình thức vận động vật chất Vì vậy, kiến thức vật lí sở cho nhiều ngành khoa học tự nhiên Một ừong đặc điểm môn vât lí tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển tư HS phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động HS ừong học tập đóng vai trị quan trọng ừong việc nâng cao chất lượng dạy học Các định luật bảo toàn có vai trị quan ừọng Vật lí học nói chung Cơ học nói riêng, coi sợi đỏ xun suốt tồn giáo trình vật lí học, chân lý - “hịn đá thử vàng ” dùng đề kiểm tra tính đắn thuyết vật lí Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu việc dạy học chương “Các định luật bảo toàn” : “Rèn luyện lực sáng tạo cho HS thông qua việc dạy học giải tập đề tài “Các định luật bảo toàn” - SGK Vật lí 10 THPT” tác giả Đồn Văn Khoa [9], “Xây dựng phối họp hệ thống câu hỏi tự luận trắc nghiệm khách quan nhiều lựa chọn nhằm kiểm tra đánh giá khả nắm vững kiến thức HS đề t i " Các định luật bảo tồn” - SGK Vật lí 10” tác giả Hoàng Thị Thanh Nhàn [13], “Sử dụng tập hình thành kiến thức ừong dạy học chương " Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10 THPT” tác giả Nguyễn Thị Thu Hương [7 ], Tuy nhiên hàu hết đề tài nghiên cứu nhằm mục đích kiểm ừa, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức, hình thành kiến thức phát triển lực sáng tạo, lực giải vấn đề HS mà vấn đề phát huy tính tích cực học tập HS lớp 10 THPT qua hoạt động giải BTVL chương “Các định luật bảo toàn” chưa quan tâm mức Những lí dẫn đến việc lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng hướng dẫn giải hệ thống tập chương “Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10 THPT MUC ĐÍCH NGHIÊN cứu Trên sở nghiên cứu lí luận BTVL, tìm hiểu thực trạng dạy học giải tập chương “Các định luật bảo toàn” mà xây dựng hệ thống tập đưa phương pháp giải hệ thống tập dạy học chương “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 THPT nhằm phát huy tính tích cực ừong học tập HS lớp 10 THPT ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động dạy học giải BTVL GV HS trường THPT 3.2 Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống tập chương “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 THPT GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Trong dạy học chương “Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10 THPT, GV lựa chọn hệ thống tập thích hợp hướng dẫn HS giải hệ thống tập phát huy tính tích cực học tập em NHIỆM yụ NGHIÊN cứu 5.1 Nghiên cứu sở lí luận BTVL dạy học trường THPT, tính tích cực học tập HS 5.2 Điều tra thực trạng dạy học giải BTVL chương “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 THPT 5.3 Nghiên cứu chương trình, SGK Vật lí THPT để từ xác định mục tiêu dạy học chương “Các định luật bảo tồn” - Vật lí lớpio phân loại, đề phương pháp giải cho loại BTVL chương “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 THPT 5.4 Xây dựng hướng dẫn giải hệ thống tập dạy học chương “Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10 THPT 5.5 Tiến hành TNSP đánh giá tính khả thi hiệu hệ thống tập xây dựng, cách hướng dẫn HS giải sử dụng dạy học phát huy tính tích cực học tập HS lớp 10 THPT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu Trong q trình hồn thành khóa luận chúng tơi sử dụng phối hợp ba phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau: - Nghiên cứu tài liệu, sách, báo liên quan dạy học BTVL trường THPT để xác định sở lí luận BTVL, tính tích cực học tập HS lóp 10 THPT, nội dung cách hướng dẫn giải hệ thống tập chương “Các định luật bảo tồn” Vật lí 10 THPT - Điều tra thực trạng dạy học giải BTVL chương “Các định luật bảo tồn” Vật lí 10 THPT - TNSP kiểm nghiệm tính khả thi hiệu hệ thống tập cách hướng dẫn giải, sử dụng dạy học nhằm phát huy tính tích cực học tập HS lớp 10 THPT ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI - mặt lí luận: Hệ thống hóa số sở lí luận dạy giải BTVL nhằm phát huy tính tích cực học tập HS trường THPT - mặt thực tiễn: Hệ thống tập cách hướng dẫn giải soạn thảo dùng làm tài liệu tham khảo cho GV HS dạy học chương “Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10 THPT CẤU TRÚC KHĨA LUẬN Ngồi phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, cấu trúc khóa luận bao gồm: Chương Cơ sở lí luận thực tiễn việc xây dựng hướng dẫn giải tập dạy học vật lí trường THPT Chương Hệ thống tập chương “Các định luật bảo tồn” - Vật lí 10 THPT Chương Thực nghiệm sư phạm NỘI DUNG Lúc sau: hị=-s = - m h*2 - s s i n a -0,5m wf = w% + WÍ2 = n ^g h , + m2g/ì2 = —5J Độ biến ứiiên ứiế hệ Aw , = w, — w, = —57 ĩ ĩ ĨQ Bài tập 15: Sơ lược giải: Khi m vị trí cân o, lực tác dụng lên vật: P + Fdh =ỏ = > m g - kx =0 (1) Trong x ữ độ giãn lị xo vị trí cân Xét m chuyển động, vị trí M cách đoạn X Thế hệ công trọng lực lực đàn hồi thực m dịch chuyển từ vị trí xét vị trí gốc ( vị trí cân 0) wt = Ар+Ая =-mgx + ^k[(x0+x)2-x*] _ _ н _ mg X = -Jtn = —— ° к Kết hơp với (1) => w ,= -fcc2 c.Tại vị trí ban đầu: Bài tập Xo 16: Sơ ф lược giải: a Tính vận tốc m с Chọn X gốc mặt đường CD (h=0) h = B C = O C - O B = O C - O B COS 60° = О С - cos60°) => /í = 0,4(1 - 0,5) = 0,2 m Do khơng có ma sát, chuyển động m tuân theo định luật bảo toàn Áp dụng định luật bảo toàn ừên đoạn đường cong BC: = wc sh => v c + “ Vß ^ vc => vc — д/vg + 2gh « (2m / s) b.Trên đoạn đường CD, cầu chịu tác dụng của/^p, iV Áp dụng định luật bảo toàn lượng: b.Gọi С vị trí có động năng: => w d C = w£ => wc = wdC+wíC = 2w d C Theo định luật bảo toàn năng: w c = WB => 2- mv c = mshrn^ => vc = л/ể^ax = 7,5^(m/s_1) c.Cơ toàn phần vật: W = WB =mghimx =0,2.10.11,25 = 22,5/ Bài tập 18: Sơ lược giải: Dây giãn, có trọng lực p = m g lực căng dây T = k M Cơ vật bảo tồn WA=WB Tại B gia tốc vật có phương trùng OB, chiều hướng o Phương trình là: V2 T + P = ma=>T-P = ml0 + x + Chọn mốc trọng trường B T — kx T-mg = m 1, Eựo + x ) _ / X V m ỉ +x = m 2+2 Giải hệ : T = 2,57V X - 0,25 m V — 4,33 m / s Bài tập 19: Sơ lược giải: a Lực nén: Để xác định lực tác dụng lên m vị trí M, ta cần xác định vận tốc m vị trí M Ta áp dụng định luật bảo tồn cho m vị trí A, M Chọn gốc mặt đất — w 'M mgh = mgR{ + cosa) + —mv2 Vận tốc m M: V = < j g [ h - R ( l + c o s a y ] Phương trình chuyển động cuả m vịng xiếc: P + N — mã Chiếu phương trình lên theo phương hướng tâm: V2 Pcosa + N = m~— R Lực cầu nén lên vịng xiếc có độ lớn lực đàn hồi vòng xiếc tác dụng lên cầu: Aĩ _ mv ™ N = ——— me cos a R m N = -2g[h - R(l + cosa)]- mg cosa R N = mg(— -2-3cosa) R c Để hịn bi vượt qua vòng tròn, lực nén điểm cao D phải lớn không 2h => iV = mg(— -2-3cosa) >0 R L Ú C 2h đỏ:a = 0,cosa = l^mg(— -5)>0oh>— R R Bài tập 20: Sơ lược giải: Xét hệ hai vật m+M hệ kín Ngay chậu truyền vận tốc, chậu M có vận tốc Vo, bi m đứng yên Khi m tới vị trí cao chậu, hệ vật (m+M) chuyển động với vận tốc V Áp dụng định luật bảo tồn động lượng theo phương ngang ta có: Vậy để bi khơng vượt khỏi chậu v0 < ^ Ị - g h Bài tập 21: Sơ lược giải: Trong q trình vật cịn xe, vận tốc xe giảm dàn từ v 0đến V vận tốc vật tăng dần từ đến V Đến vật dừng sàn vật xe có vận tốc V Động lượng hệ bảo toàn theo phương ngang hai lực ma sát nội lực, ta có : {м +m)ụg Thay giá trị vào tìm ỉ = , m Vj = — V M Áp dụng dịnh luật bảo toàn cho hệ vị trí A B ta được: mgh = —mv + — (m + M)v J = > v (1 + -) M = - + Xét hệ m nêm Gọi h độ cao cực đại vật leo lên nêm Vật nêm chuyển động với vận tốc v2 Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: ] mv = (M + m)v Chiếu lên chiều dương chuyển động: m mv - (M + m)v =>v = m + M Áp dụng định luật bảo toàn năng: M2 —mv = — (m+M)v~+mgh ^>h - h 2 ^2 5( M + m Ỵ 2' Bài tập 23: Sơ lược giải: Gọi V vận tốc cầu chạm vào miếng sắt: V = y j g h = ( m / s ) Gọi v ' , V vận tốc cầu miếng sắt sau va chạm, theo định luật bảo toàn động lượng: m v = m v ' + M V => V = V + 2V (1) Mặt khác chọn gốc vị trí hai vật va chạm, áp dụng định lụât bảo toàn năng: —mv =—mv +—MV =>v2 = V2 + 2V2 (2) Từ (1) (2) => V2 = (v - 2V) + 2V = V2 + 6V - 4vV =>(3V-2v)y =0 _ 10 Do y^O nên y = -v«3,33( m / s ) = — Và V =v-2V = (m/s)< 122 o (m/s) 3 Quả càu bị bật lên Đối với miếng sắt: Ban đầu trọng lượng miếng sắt làm lò xo nén lại đoan: A l = — = 10 (m) sau va cham, miếng sắt thu đươc vân tốc V k làm lò xo nén thêm đoạn X dừng lại Theo định luật bảo toàn ta có: -MV +-k(Al) =-k(Al + x) -mgx Thay số =>x =—(nì) « 0,105(m) Vậy độ nén cực đại lò xo: X ^ = JC+AZ = 0,105+0,01 = 0,115(m) Bài tập 24: Sơ lược giải: - Vì va chạm hai càu xuyên tâm đàn hồi nên tương tác chúng tuân theo định luật bảo toàn xung lượng bảo toàn động năng: mv-MV +mv => — mv = —MV +— mv 2 2 Với V ' , v ’ theo thứ tự vận tốc cầu lớn cầu nhỏ sau va chạm Hai phương trình viết thành v-v ;é0=> v + v =v' mv =>v = — — — m+M Mà m(v-v ) -MV = > m(v2 - V ) = MV Sau va chạm lắc lên cao với vận tốc ban đàu V Chuyển động lắc tuân theo định luật bảo toàn —MV = Mgh = Mgl{ - mv Q => a = arcsin - -——1=.30 (M + m)*Jgỉ cosa) = Mgl s i n — Bài tập 25: Sơ lược giải: Trong va chạm mi m 2, ngoại lực P + N * Ovà bỏ qua so với nội lực tương tác (N2> P1 +P2).Do P2,N2 F Nếu F lớn, nêm bị nén mạnh lên mặt phẳng đỡ, N2 lớn có phương thẳng đứng nên ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương ngang Ox Gọi V, vận tốc ra, sau va chạm ^>mívtSL=mívu+m1v2x^>mívũ=ữ+m1v2 ( ) V Đồng ứiời va chạm tuyệt đối đàn hồi nên p động hệ bảo toàn: Áp dụng định luật bảo toàn Thay vào (2) => vf cho chuyển động m, sau va chạm lên tới cao Chọn gốc vị trí va chạm: = w , ^TìiịV\ = ĩì\gh Vậy độ cao cực đại mà mi đạt sau va chạm: Điều kiện để toán giải được: m > m i Bài tập 26: Sơ lược giải: a Cơ lúc rơi Chọn gốc mặt đất Ta có: w i=wdi+w,i 12_, W j = — m V f l +mgh Với m=lkg, v0=14 m/s; h=240m =^> Wj = 24987 Vận tốc chạm đất: Cơ mặt đất: w2 = wd2 + w,2 = wrf2 w(2 - Áp dụng định luật bảo toàn năng: W1 = w2 = wd = -mv2 = W, Nên: -mvị = 24897 =^v2 = л/2498.2 = 70,68(m/ s) b Tìm lực cản: Áp dụng định lí động cho trình vật sâu vào đất: A = wd3-wd2 (w d -0 v3 =0) Nên А = -wd2 = -24987 F lực cản Bài tập 27: Sơ lược giải: Gọi Vi vận tốc búa trước đập vào cọc Sử dụng định luật bảo toàn biến thiên cho búa thời gian mi từ độ cao h xuống đầu cọc trước vào cọc, lấy gốc tính đầu cọc A = — m^vf - ir^gH hay —Fi H =— mjV, - niịgH VỊ = 2gh(l - к) ( ) 10 Sau va chạm với đầu cọc, búa cọc chuyển động xuống vận tốc ban đầu у Theo định luật bảo toàn động lượng 11 m l v l - (щ +m )v = > 12 v = = щ+т2 щ+т2 — — — Л j2gH(ỉ-k ) a Xét quãng đường h mà búa cọc lún sâu vào đất: 13 Theo định luật bảo toàn biến thiên cơng lực cản đất độ biến thiên hệ 14 A = -(m í +m )gh- m '~Ự r i v 15 Hay 16 -F h = -(m + m )gh- n h + m Vl = > F = {m l +m )g + ^ — r r 2455 N ( ) 17 2 rriị+n^ n b Phần lượng búa tiêu hao: 2 m1+m2 ml +m2 Thay số=>AE = 418,5/ c Phần lượng để thắng lực cản đất: A = -Aj = F2h = 1237 ^ — — = ... dựng hệ thống tập chương phù hợp dựa ừên sở lí luận khoa học Việc xây dựng hướng dẫn giải hệ thống tập chương ? ?Các định luật bảo toàn? ?? chúng tơi trình bày chương CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG... hướng dẫn giải tập dạy học vật lí trường THPT Chương Hệ thống tập chương ? ?Các định luật bảo toàn? ?? - Vật lí 10 THPT Chương Thực nghiệm sư phạm NỘI DUNG CHƯƠNG Cơ SỞ LÍ LUẬN VÀ THựC TIỄN CỦA VIỆC XÂY... ? ?Xây dựng hướng dẫn giải hệ thống tập chương ? ?Các định luật bảo toàn? ?? - Vật lí 10 THPT MUC ĐÍCH NGHIÊN cứu Trên sở nghiên cứu lí luận BTVL, tìm hiểu thực trạng dạy học giải tập chương ? ?Các định