Khóa luận Hình thành một số kiến thức mới bằng giải bài tập trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông

ịnh hướng mới giúp HS phát hiện đúng vấn đề cần giải quyết. - Câu hỏi phải vừa sức HS. Chỉ có khi đó mới có thể hi vọng thu được câu trả lời có giá trị từ phía HS và việc điều khiển tư duy HS mới có hiệu quả. - Nội dung câu hỏi phải định hướng đúng đắn tư duy của HS trong tình huống học tập cụ thể đang xét. Nghĩa là, nội dung câu hỏi phải đảm bảo sao cho khi HS suy nghĩ để tìm câu trả lời thì chính là sự suy nghĩ của họ đang định hướng theo đường lối đúng đắn của việc giải quyết vấn đề. Chỉ có khi đó thì câu hỏi gợi ý mới có tác dụng điều khiển tư duy HS. 1.6. Mối quan hệ giữa giải BTVL với nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. 1.6.1. Mối quan hệ giữa giải BTVL với nắm vững kiến thức. Theo lí luận dạy học, kiến thức được hiểu là kết quả của quá trình nhận thức bao gồm “một tập hợp nhiều mặt về chất lượng và số lượng các biểu tượng và khái niệm lĩnh hội được, được giữ lại trong trí nhớ và được tái tạo khi có đòi hỏi tương ứng” [14, tr.12]. Kiến thức vật lí có thể được chia thành các nhóm cơ bản: 1) Khái niệm (hiện tượng, đại lượng); 2) Định luật, nguyên lí; 3) Thuyết; 4) Phương pháp nghiên cứu; 5) Ứng dụng trong đời sống, sản xuất. Một trong những nhiệm vụ chủ yếu nhất của dạy học là đảm bảo cho HS nắm vững những kiến thức cơ bản ở nhà trường. Nắm vững kiến thức không những là hiểu đúng nội hàm, ngoại diên của nó, xác định được vị trí, tác dụng của kiến thức ấy trong hệ thống kiến thức cơ bản đã tiếp thu từ trước, mà còn biết quá trình hình thành nó và vận dụng được nó vào thực tiễn. Sự nắm vững kiến thức có thể được phân biệt ở ba mức độ: biết, hiểu, vận dụng được. - Biết một kiến thức nào đó có nghĩa là nhận ra được nó, phân biệt được nó với các kiến thức khác, kể lại được nội hàm của nó một cách chính xác. Đây là mức tối thiểu HS cần đạt được trọng học tập. - Hiểu một kiến thức là gắn được kiến thức ấy vào các kiến thức đã biết, đưa được nó vào vốn kinh nghiệm của bản thân. Tức là nêu đúng nội hàm và ngoại diên của nó, xác lập được mối quan hệ giữa nó và hệ thống các kiến thức khác và vận dụng được kiến thức ấy vào tình huống quen thuộc dẫn đến có khả năng vận dụng nó một cách linh hoạt, sáng tạo. - Vận dụng được kiến thức vào việc giải quyết các nhiệm vụ của thực tiễn nghĩa là phải tìm được kiến thức thích hợp trong vốn kiến thức đã có để giải quyết một nhiệm vụ mới. Nhờ vận dụng mà kiến thức được nắm vững một cách thật sự, sâu sắc. Để đảm bảo cho HS nắm vững kiến thức vật lí một cách chắc chắn, cần phải hình thành cho họ kĩ năng, kĩ xảo không chỉ vận dụng mà còn chiếm lĩnh kiến thức thông qua nhiều hình thức luyện tập khác nhau. Trong số đó, “việc giải nhiều bài tập, nhiều loại bài tập được sắp xếp có hệ thống từ dễ đến khó là hình thức luyện tập được tiến hành nhiều nhất, do đó có tác dụng quan trọng trong việc hình thành kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vật lí của học sinh” [6, tr.22]. Hiểu theo nghĩa rộng, quá trình học tập là quá trình liên tiếp giải các bài tập. Bởi vậy, kiến thức sẽ được HS hoàn toàn nắm vững nếu họ tự lực, tích cực, vận dụng linh hoạt, thành thạo kiến thức ấy để giải quyết các nhiệm vụ khác nhau. Chất lượng nắm vững kiến thức bước đầu thể hiện ở chất lượng giải các bài tập cơ bản về kiến thức ấy ở mức độ ghi nhớ và hiểu. Còn chất lượng giải hệ thống bài tập phức hợp về một đề tài, chương, phần của chương trình phản ánh chất lượng nắm vững kiến thức và mối quan hệ của chúng trong đề tài, chương, phần đó với nhau và vận dụng chúng trong những tình huống phức tạp, mới. 1.6.2. Mối quan hệ giữa giải BTVL với phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Theo Ph.N.Gônôbôlin: “Trong khoa học tâm lí, người ta coi năng lực là những thuộc tính tâm lí riêng lẻ của cá nhân, nhờ những thuộc tính ấy mà con người hoàn thành tốt đẹp một hoạt động nào đó mà mặc dù bỏ ra ít sức lao động vẫn đạt kết quả cao” [8, tr.61]. P.A.Ruđich còn đưa ra định nghĩa: “Năng lực – đó là tính chất tâm lí của con người chi phối trong quá trình tiếp thu kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo cũng như hiệu quả thực hiện một hành động nhất định” [11, tr.382]. Khi xem xét bản chất của năng lực, cần chú ý tới ba dấu hiệu chủ yếu của nó: 1) Là sự khác biện các thuộc tính tâm lí cá nhân, làm cho người này khác người kia; 2) Chỉ là sự khác biệt có liên quan đến hiệu quả của việc thực hiện một hoạt động nào đó; 3) Được hình thành và phát triển trong quá trình hoạt động của cá nhân. Các nhà tâm lí học thường chia năng lực thành ba mức độ phát triển: năng lực, tài năng, thiên tài. Trong đó năng lực vừa là danh từ chung nhất, vừa chỉ mức độ nhất định biểu thị sự hoàn thành có kết quả một hoạt động nào đó và chúng tôi chỉ quan tâm đến mức độ này trong hoạt động giải BTVL của HS. Năng lực được phân loại theo hai cách phổ biến: theo mức độ phản ánh (năng lực được chia thành năng lực tái tạo và năng lực sáng tạo), theo sự chuyên môn hóa (năng lực được chia thành năng lực chung và năng lực riêng). Mức độ phát triển của năng lực phụ thuộc vào mức độ nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo. Muốn phát triển năng lực, phải nắm vững và vận dụng một cách sáng tạo những kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo đã tích lũy được về một lĩnh vực nhất định. Mặt khác, năng lực giúp cho việc nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo được dễ dàng và nhanh chóng hơn. Tuy nhiên, năng lực khác với kĩ năng,kĩ xảo ở chỗ kĩ năng, kĩ xảo là kết quả của sự luyện tập, học tập, còn để phát triển năng lực, ngoài luyện tập, học tập cần phải có tư chất. Vì vậy, không nên quy tất cả việc phát triển năng lực vào việc cung cấp kiến thức, kĩ năng,kĩ xảo. Giải bài tập là một hình thức tự lực giải quyết một vấn đề nào đó nêu ra trong đầu bài. Ở trình độ thấp là nhận biết những điều kiện có thể áp dụng một giải pháp đã biết vào một tình huống tương tự với các tình huống quen thuộc. Ở trình độ cao hơn, phải thực hiện một loạt những phân tích và biến đổi để có thể áp dụng được giải pháp cơ bản đã biết. Và cuối cùng ở trình độ sáng tạo, phải tìm ra giải pháp mới mà trước đây chưa biết. Với đa số HS phổ thông hiện nay, cần cố gắng đạt đến trình độ thứ hai. Năng lực giải quyết vấn đề của HS được hình thành và phát triển trong giải BTVL. Để đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS trong giải BTVL, chúng tôi dựa vào các tiêu chuẩn sau: - Xác định được chính xác vấn đề cần giải quyết, những cái đã cho và cái phải tìm. - Nhanh chóng phát hiện ra cái quen thuộc đã biết, cái mới phải tìm trong khi giải mỗi BTVL. Hay nhanh chóng phát hiện ra các bài tập cơ bản trong một bài tập phức hợp, quy một bài tập phức hợp về các bài tập cơ bản đã biết, đã được giải thành thạo xuất hiện trong quá trình giải. - Phác thảo, dự kiến những con đường chung có thể có từ đầu đến cuối trước khi tính toán, xây dựng lập luận cụ thể. - Hoàn thành công việc theo từng giải pháp đã dự kiến trong một thời gian ngắn, chọn lựa trong số đó giải pháp tối ưu. - Nhanh chóng qua một số ít bài, tự rút ra một sơ đồ định hướng giải các bài tập cùng loại. - Chuyển tải được sơ đồ định hướng hành động giải các bài tập phức hợp thuộc loại nào đó sang sơ đồ định hướng giải các kiểu, phân kiểu bài tập phức hợp khác. 1.7. Điều tra cơ bản thực trạng dạy học giải BTVL ở trường THPT. Việc điều tra được tiến hành trong năm học 2009 – 2010. Đối tượng điều tra là HS các khối lớp 10, 11, 12 (học chương trình chuẩn) và GV của trường THPT Khoái Châu (Hưng Yên). 1.7.1. Mục đích điều tra. Điều tra thực trạng giảng dạy của GV và nắm vững kiến thức của HS trường THPT Khoái Châu trong một số tiết học NCTLM về vật lí cần nghiên cứu. Trên cơ sở kết quả của quá trình điều tra kết hợp với việc nghiên cứu lí luận về BTVL, nội dụng chương trình SGK mà soạn thảo hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM cho HS trong một số tiết học NCTLM nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. 1.7.2. Các biện pháp điều tra chính. - Dự giờ các tiết học NCTLM và các giờ dạy học bài tập có liên quan. - Trao đổi với GV và HS về tình hình dạy học các tiết học kể trên. - Xem xét vở bài tập và các bài kiểm tra của HS có liên quan đến KTM cần nghiên cứu. 1.7.3. Kết quả. 1) Tình hình dạy của GV. Các GV chủ yếu sử dụng phương pháp diễn giảng kết hợp với hình vẽ, thí nghiệm minh họa. Đôi khi, họ cũng sử dụng những câu hỏi gợi ý HS trong tiến trình bài học. Tuy nhiên những câu hỏi đó chưa định hướng được tư duy HS vào đúng tiến trình giải quyết vấn đề; chưa kích thích được sự chú ý, tích cực, khả năng làm việc tự lực của HS trong tiến trình giải quyết vấn đề của bài học. Việc sử dụng bài tập để hình thành KTM cho HS gần như không được quan tâm. Trong các tiết học NCTLM, GV chỉ thông báo và diễn giảng cho HS hiểu KTM mà không quan tâm đến việc tổ chức hoạt động tự lực chiếm lĩnh KTM của họ. BTVL chỉ được sử dụng ở khâu vận dụng, củng cố và trong các tiết học luyện tập giải bài tập rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn. Các bài này chủ yếu là các bài tập trong SGK và sách bài tập vật lí. 2) Tình hình nắm vững kiến thức của HS. Qua điều tra chúng tôi nhận thấy trong quá trình học tập và giải bài tập, HS gặp các khó khăn chủ yếu và các sai lầm phổ biến sau: - Các em chưa nắm vững kiến thức đã học ở trên lớp và gặp nhiều khó khăn khi tiếp thu các khái niệm, định luật vật lí được xây dựng dựa vào các khái niệm, định luật đã biết. Ví dụ, các em chưa nhận biết được đầy đủ các trường hợp áp dụng định luật bảo toàn động lượng, còn nhiều em không viết phương trình của định luật dưới dạng vectơ. Số đông HS không thể tự xây dựng lại KTM, chỉ có thể phát biểu được định nghĩa, nội dung định luật. - Các em chưa có kĩ năng vận dụng kiến thức, giải bài tập. Các em còn gặp nhiều khó khăn trong việc lựa chọn kiến thức, công thức đã học để vận dụng trong khi giải các bài tập cụ thể. Khi giải bài tập vận dụng định luật bảo toàn động lượng, các em không viết được phương trình vô hướng. Từ thực tế dạy học trên, chúng tôi rút ra kết luận: Để góp phần nâng cao chất lượng học tập và khắc phục những khó khăn của HS, giúp GV kích thích, điều khiển hoạt động tự lực của HS, cần thiết phải xây dựng hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM dựa trên những cơ sở khoa học chặt chẽ, đồng thời chỉ ra được cách sử dụng chúng trong tiến trình lên lớp mỗi tiết học vật lí. CHƯƠNG 2. TỔ CHỨC TIẾT HỌC HÌNH THÀNH KTM BẰNG GIẢI BTVL. 2.1. Mục tiêu dạy học một số bài học vật lí ở trường THPT. 2.1.1. Lực đàn hồi của lò xo. - Nêu được các đặc điểm về lực đàn hồi của lò xo: điểm đặt, hướng, điều kiện xuất hiện. - Phát biểu và viết được công thức của định luật Húc, nêu được ý nghĩa của các đại lượng có trong công thức và đơn vị đo của chúng. - Nêu được định nghĩa giới hạn đàn hồi của lò xo cũng như các vật có khả năng biến dạng đàn hồi. - Sử dụng được các dụng cụ thí nghiệm, đề xuất được các phương án tiến hành các thí nghiệm để phát hiện ra mối quan hệ tỉ lệ giữa độ biến dạng của lò xo và độ lớn của lực đàn hồi. - Biểu diễn được lực đàn hồi của lò xo khi bị giãn và khi bị nén. - Vận dụng được định luật Húc để giải các bài tập đơn giản. 2.1.2. Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng. - Phát biểu được định nghĩa của động lượng, hệ cô lập. - Phát biểu và viết được biểu thức của định luật bảo toàn động lượng; biết rút ra biểu thức của định luật từ các định luật Niutơn. - Nêu được các trường hợp áp dụng định luật. - Từ định luật II Niutơn rút ra được định lí biến thiên động lượng. - Vận dụng định luật bảo toàn động lượng để giải một số bài tập về va chạn mền, chuyển động bằng phản lực. 2.1.3. Định luật Ôm đối với toàn mạch. - Xây dựng được biểu thức của định luật Ôm đối với toàn mạch, phát biểu được định luật, quy ước dấu. - Nêu được định nghĩa của độ giảm thế. - Nêu được mối quan hệ giữa suất điện động và độ giảm thế trên mạch ngoài và mạch trong. - Nêu được định nghĩa về hiện tượng đoản mạch, tác dụng của điện trở trong đối với cường độ dòng điện khi xảy ra đoản mạch, biết được một số hệ quả của định luật. - Rèn luyện kĩ năng logic toán học để xây dựng các công thức vật lí. - Vận dụng định luật Ôm cho toàn mạch để giải một số bài tập dơn giản. 2.1.4. Lực Lorenxơ. - Phát biểu được định nghĩa lực Lorenxơ. Nêu được các đặc điểm về phương, chiều, độ lớn của lực Lorenxơ của từ trường có cảm ứng từ tác dụng lên điện tích q chuyển động. - Xây dựng được công thức xác định được độ lớn của lực Lorenxơ từ biểu thức xác định độ lớn lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều. - Nêu được các đặc trưng cơ bản về chuyển động của hạt mang điện tích trong từ trường đều; viết được công thức tính bán kính vòng tròn quỹ đạo. - Vận dụng kiến thức về lực Lorenxơ để giải một số bài tập đơn giản. 2.1.5. Phản xạ toàn phần. - Nêu được nhận xét về hiện tượng ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác qua quan sát các thí nghiệm tiến hành trên lớp. - Nếu được định nghĩa về hiện tượng phản xạ toàn phần. Viết được công thức xác định góc giới hạn phản xạ toàn phần igh. - Nêu được các điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần. - Trình bày được cấu tạo và tác dụng dẫn sáng của sợi quang, cáp quang. - Giải được một số bài tập đơn giản về hiện tượng phản xạ toàn phần. 2.2. Sử dụng hệ thống bài tập trong một số tiết học hình thành KTM. 2.2.1. Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc [2, tr.71 – 74 ]. Sau khi ôn lại cho HS kiến thức về trọng lực (là lực do Trái Đất hút vật, có điểm đặt tại trọng tâm của vật, phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới, biểu thức xác định độ lớn P = mg), GV có thể đặt vấn đề vào bài bằng cách yêu cầu HS giải bài tập 1: “Có một lò xo nhẹ được giữ cố định một đầu, một vật nặng được móc vào đầu kia của nó. Hãy xác định các lực tác dụng lên vật khi nó đứng yên. Các lực đó có cùng bản chất hay không?” Vật đặt trong trọng trường nên phải chịu tác dụng của trọng lực . Do lò xo nhẹ nên trọng lực tác dụng lên nó có thể bỏ qua. Khi vật đứng yên, từ định luật I Niutơn suy ra phải có một lực hoặc hợp lực tác dụng lên vật cân bằng với trọng lực tác dụng lên nó. HS cần thực hiện lập luận logic: Ngoài Trái Đất, vật chỉ có thể tương tác với lò xo. Do đó, lực tác dụng lên vật cân bằng với trọng lực là lực do lò xo tác dụng lên nó và lực này không thuộc loại lực hấp dẫn nói chung, trọng lực nói riêng. GV thông báo cho HS rằng: lực do lò xo tác dụng lên vật như trên gọi là lực đàn hồi của lò xo. Lực đàn hồi là một loại lực mới. Vậy nó được xác định như thế nào? Câu hỏi đó xuất hiện ở HS là một điều tất yếu. Để giúp HS tìm hiểu các tính chất (điểm đặt, hướng) và điều kiện xuất hiện lực đàn hồi của lò xo, GV yêu cầu HS giải bài tập 2: “Dùng tay kéo hoặc nén một lò xo nhẹ. Hãy xác định điểm đặt, hướng của lực đàn hồi.” HS tiến hành thí nghiệm hoặc nhớ lại những quan sát trong thực tế để đưa ra câu trả lời: - Lực đàn hồi của lò xo xuất hiện khi lò xo bị nén hoặc bị giãn. - Lực đàn hồi có điểm đặt lên các vật gắn với lò xo mà gây ra biến dạng cho lò xo. - Lực đàn hồi ngược hướng với lực gây ra biến dạng cho lò xo. GV đưa ra khái niệm: Lực xuất hiện khi vật bị biến dạng được gọi là lực đàn hồi. Sau khi đưa ra cho HS khái niệm về độ biến dạng của lò xo, GV yêu cầu HS tự rút ra các đặc điểm về độ lớn của lực đàn hồi trong các trường hợp cụ thể ở bài tập 3: “Có một lò xo nhẹ và các quả nặng có khối lượng khác nhau. Hãy tìm cách đo lực đàn hồi ứng với các độ biến dạng khác nhau của lò xo. Từ đó rút ra kết luận về mối quan hệ giữa độ biến dạng của lò xo và độ lớn của lực đàn hồi.” Để giải được bài tập này, HS cần phải dựa vào những kinh nghiệm trong cuộc sống và lời giải bài tập 1: Treo lần lượt các quả nặng vào lò xo. Khi quả nặng đứng yên, lực đàn hồi có độ lớn bằng trọng lực tác dụng lên nó (Fđh=P=mg). Việc đo trọng lực tác dụng lên quả nặng có thể dùng lực kế nếu ta không biết rõ khối lượng của chúng. Bằng cách đó ta sẽ xác định được độ lớn của lực đàn hồi. Hoặc ta cũng có thể đặt quả nặng lên trên các lò xo. Xác định độ lớn của lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo trong các trường hợp tương ứng, ta sẽ xác định được mối quan hệ giữa độ lớn của lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo. Để tiết kiệm thời gian, GV có thể yêu cầu HS làm thí nghiệm với cách treo quả nặng vào lò xo để rút ra kết quả Fđh ~ . Sau đó, GV thông báo: Xét với các lò xo khác nhau cũng được kết quả tương tự và kết quả đó đúng với cả trường hợp lò xo bị nén. Vì vậy có thể khái quát: Lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của nó. Để xây dựng đầy đủ đặc điểm về độ lớn của lực đàn hồi, GV đưa ra cho HS khái niệm giới hạn đàn hồi và phát biểu lại tính chất trên: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo. GV thông báo: Có thể thay dấu “~” bằng dấu “=”, Fđh = k, trong đó k được gọi là độ cứng hay hệ số đàn hồi. Để giúp HS trả lời câu hỏi độ cứng k là một hằng số với mọi lò xo hay là một hệ số đặc trưng riêng cho mỗi lò xo, GV yêu cầu HS giải bài tập 4: “Cho một quả nặng và các lò xo nhẹ có kích thước và chất liệu khác nhau. Hãy đề xuất thí nghiệm đo độ cứng k của các lò xo. Độ cứng k có phải là một hằng số đối với mọi lò xo hay không?” Lời giải là: Lần lượt treo vật vào các lò xo như các bài tập trên. Trong thí nghiệm này, độ lớn của lực đàn hồi là không đổi. Do đó, để so sánh độ cứng của các lò xo ta chỉ cần so sánh độ biến dạng của chúng khi vật đứng yên. Kết quả: Độ cứng của lò xo không phải là một hằng số đối với mọi lò xo và phụ thuộc vào kích thước, vật liệu làm lò xo. GV yêu cầu HS tự rút ra đơn vị đo của độ cứng của lò xo. Cuối cùng, GV thông báo: Khi nghiên cứu mối quan hệ giữa độ lớn của lực đàn hồi với độ biến dạng của lò xo, Rôbớt Húc đã phát hiện ra định luật được gọi là định luật Húc: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo. Fđh = k Các kết quả trên không chỉ đúng cho lò xo mà còn đúng với các vật đàn hồi khác như dây (dây cao su, dây thép) bị kéo dãn hoặc các mặt tiếp xúc bị biến dạng khi ép vào nhau. 2.2.2. Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng. Sau khi HS tìm hiểu khái niệm xụng lượng của lực, GV đặt vấn đề nghiên cứu tác dụng của xung lượng của lực. GV yêu cầu HS giải bài tập 1: “Một vật nhỏ có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc , chịu tác dụng của lực không đổi. Sau thời gian , vật có vận tốc . Hãy tìm mối quan hệ giữa , , và m.” GV có thể đặt các câu hỏi định hướng tư duy HS như sau: - Lực có thể gây ra tác dụng gì? - Trong trường hợp này, đại lượng đặc trưng cho tác dụng của lực là gì? Và đại lượng đó có thể được xác định bằng các cách nào? HS lần lượt trả lời các câu hỏi của GV để giải bài tập. - Lực tác dụng lên vậy có thể gây ra biến dạng cho vật hoặc làm thay đổi vận tốc của vật. - Trong trường hợp của bài tập này, vật có thể xem là một chất điểm. Tác dụng của lực chỉ là làm thay đổi vận tốc của vật. Đại lượng đặc trưng cho sự biến đổi vận tốc là gia tốc. Dưới tác dụng của lực , sau thời gian , vật thay đổi vận tốc từ đến . Theo định nghĩa về gia tốc, ta có: (1) Mặt khác, theo định luật II Niutơn, ta lại có: (2) Từ (1) và (2) suy ra: GV thông báo: Nếu đặt và gọi là động lượng của vật thì ta có thể viết lại biểu thức trên như sau: hay . Từ đó, GV yêu cầu HS phát biểu tác dụng của xung lượng của lực trong khoảng thời gian . Sau đó thông báo rằng đây cũng là cách phát biểu khác của định luật II Niutơn. Sau khi HS nghiên cứu khái niệm hệ cô lập, GV đặt vấn đề: Khi vật chịu tác dụng của một lực thì động lượng của nó thay đổi. Nếu gọi động lượng của một hệ là tổng động lượng của các vật trong hệ thì động lượng của một hệ cô lập mà các vật trong hệ tương tác với nhau thì sẽ như thế nào? Sau đó yêu cầu HS giải bài tập 2: “Tính độ biến thiên động lượng của một hệ cô lập gồm hai vật tương tác với nhau sau thời gian bất kì. Hãy mở rộng kết quả cho hệ cô lập gồm nhiều vật.” GV có thể đưa ra các câu hỏi định hướng tư duy của HS như sau: Độ biến thiên động lượng của hệ và độ biến thiên động lượng của các vật trong hệ có mối quan hệ hay không? Nếu có thì mối quan hệ đó là gì? Để giải được bài tập này, HS cần vận dụng kiến thức về khái niệm hệ cô lập, định luật III Niutơn và kết quả của bài tập 1. HS tiến hành lập luận logic để rút ra rằng độ biến thiên động lượng của hệ bằng tổng độ biến thiên động lượng của các vật trong hệ. Trong đó, và là độ biến thiên động lượng của các vật trong hệ. Theo kết quả của bài tập 1, nếu gọi và lần lượt là các lực hoặc hợp lực tác dụng lên vật 1 và vật 2 thì: và . Do hệ đang xét là hệ cô lập nên và là các nội lực. Theo định luật III Niutơn thì = - . Suy ra: = – GV khái quát hóa: Bằng cách chứng minh tương tự, có thể mở rộng kết quả cho một hệ cô lập gồm n vật: . GV lưu ý với HS: Kết quả chứng minh ở trên cho thấy, đối với hệ cô lập, độ biến thiên động lượng của hệ hay . Tức là động lượng của một hệ cô lập đại lượng bảo toàn. Nó không những không đổi về độ lớn mà còn không đổi về cả hướng. Sau đó, GV thông báo với HS: Tuy chúng ta rút ra định luật bảo toàn động lượng từ các định luật Niutơn nhưng định luật này không phải là trường hợp riêng của các định luật Niutơn. Nó là một rong các định luật tổng quát nhất của tự nhiên, đúng cho bất kì một loại tương tác nào và nó vẫn nghiệm đúng trong cả các trường hợp các định luật Niutơn bị vi phạm. Định luật bảo toàn động lượng chỉ đúng trong hệ quy chiếu quán tính. Trong hệ quy chiếu phi quán tính,các lực quán tính phải xem như ngoại lực, nên hệ cô lập trở thành hệ không cô lập. Nhưng do HS ban cơ bản không học hệ quy chiếu phi quán tính nên GV chỉ chú ý HS khi áp dụng định luật, các vận tốc đều phải quy về vận tốc so với Trái Đất (gần đúng khi xét các vật chuyển động trên mặt đất). Có thể lấy một bài tập cụ thể yêu cầu HS giải: “ Một người có khối lượng m = 60 kg ngồi trên một chiếc xe có khối lượng M = 240 kg đang chuyển động với vận tốc v1 = 2m/s. Tìm vận tốc của người và xe khi người rời xe bằng cách nhảy ra phía trước xe với vận tốc v2 = 1m/s so với xe.” 2.2.3. Định luật Ôm đối với toàn mạch [3, tr.50 – 54]. GV giới thiệu cho HS về mạch kín: Mạch kín là một hệ bao gồm nguồn điện, các thiết bị tiêu thụ điện và các phần tử khác nhau được nối với nhau bằng dây dẫn để cho dòng điện chạy qua. Mạch kín đơn giản nhất là mạch gồm nguồn điện có điện trở trong, suất điện động E và một điện trở ngoài R (Hình 1). GV có thể đưa ra khái niệm sơ bộ về đoạn mạch để HS có thể phân biệt được đoạn mạch và mạch kín: Đoạn mạch là một phấn tử của mạch kín, gồm một hoặc một vài phần tử của mạch kín. C B A E, r I R D Hình 1 Ví dụ: Đoạn mạch ABC chứa nguồn, đoạn mạch ADB chứa điện trở R. Tiếp đó, GV thông báo: Thực nghiệm cho thấy, nếu thay đổi một trong các đại lượng E, r, R, I thì các đại lượng còn lại cũng thay đổi. Từ đó, GV đặt vấn đề nghiên cứu mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho mạch kín và yêu cầu HS giải bài tập 1: “Cho mạch kín gồm có một nguồn có suất điện động E, điện trở trong r, mạch ngoài có điện trở R. a) Tính công do nguồn điện sinh ra, điện năng tiêu thụ trên các trở trong thời gian t. b) Xác định mối quan hệ giữa công sinh ra bởi nguồn điện và điện năng tiêu thụ ở mạch ngoài. Từ đó rút ra mối liên hệ giữa suất điện động E với độ giảm thế ở các đoạn mạch; tìm biểu thức tính cường độ dòng điện chạy trong mạch.” Để giải ý a của bài tập này, HS chỉ cần vận dụng các kiến thức đã học. HS có thể dễ dàng tính được công do nguồn điện sinh ra và điện năng tiêu thụ trên các trở trong thời gian t. Điện năng tiêu thụ trên các trở chuyển thành nhiệt năng. Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R: . Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở trong của nguồn: Công của nguồn điện: Để giải ý b, GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi: Điện năng do nguồn cung cấp chuyển hóa thành những dạng năng lượng nào? Năng lượng đó được tiêu thụ ở những đâu? Câu trả lời cho câu hỏi này là: Điện năng do nguồn cung cấp được chuyển hóa thành nhiệt năng tỏa ra trên các điện trở nếu bỏ qua điện trở của dây dẫn và mối nối. Sau khi trả lời được câu hỏi đó, HS sẽ thiết lập được các mối quan hệ cần thiết giữa các đại lượng. Theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, năng lượng sinh ra trong một khoảng thời gian phải bằng năng lượng tiêu thụ trong khoảng thời gian đó: (1) GV thông báo: Tích của cường độ dòng điện và điện trở được gọi là độ giảm thế. IR và Ir lần lượt là độ giảm thế trên các trở R và r. Từ đó, HS sẽ rút ra nhận xét: Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm thế ở mạch trong và mạch ngoài. Từ (1), HS cũng sẽ rút ra được biểu thức tính cường độ dòng điện chạy trong mạch kín: (2) GV thông báo: Từ nhiều thí nghiệm chính xác của mình, Ôm đã tìm ra được biểu thức tính cường độ dòng điện trong mạch kín như trên. Biểu thức này chính là biểu thức của định luật Ôm cho toàn mạch. Tiếp đó, GV yêu cầu HS phát biểu định luật: Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó. Từ kết quả của bài tập 1, GV yêu cầu HS rút ra một số hệ quả thông qua việc giải bài tập 2: “Tính hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện và nhận xét kết quả thu được