báo cáo kết quả nghiên cứu ứng dụng sáng kiến phát triển tư duy của học sinh thông qua tiết giải bài tập phần định luật bảo toàn cơ năng

ỦY BAN NHÂN DÂN HUYỆN BÌNH XUYÊN
TRUNG TÂM GDNN – GDTX BÌNH XUYÊN

HỒ SƠ XÉT CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN

Tên sáng kiến: Phát triển tƣ duy của học sinh thông
qua tiết giải bài tập phần định luật bảo toàn cơ năng
Tác giả sáng kiến: Nguyễn Thị Hằng
Đơn vị: Trung tâm GDNN – GDTX Bình Xuyên
Chức vụ: Tổ trƣởng tổ Đào tạo nghề - hƣớng nghiệp
Trình độ chuyên môn: Cử nhân Vật Lí - KTCN

20


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN
Kí

ửi: Hội đồng sáng kiến huyện Bình Xuyên

a) Tác giả sáng kiến: Nguyễn Thị Hằng
- Ngày tháng năm sinh: 24/10/1977 ; Giới tính: Nữ
- Đơn vị công tác: Trung tâm GDNN – GDTX Bình Xuyên
- Chức danh: Giáo viên
- Trình độ chuyên môn: Cử nhân Vật Lí - KTCN
b) Chủ đầu tƣ tạo ra sáng kiến: Nguyễn Thị Hằng
c) Tên sáng kiến; lĩnh vực áp dụng; mô tả bản chất của sáng kiến; các
thông tin cần đƣợc bảo mật (nếu có):
* Tên sáng kiến: Phát triển tư duy của học sinh thông qua tiết giải bài tập

phần định luật bảo toàn cơ năng.
* Lĩnh vực áp dụng: Khả năng nắm vững bài tập phần định luật bảo toàn
cơ năng, thấy rõ ưu điểm giải bài tập định luật bảo toàn cơ năng so với phương
pháp giải bài tập theo định luật II Niu Tơn của học sinh khối 10 Trung tâm
GDNN – GDTX Bình Xuyên.
Tổ chức các hoạt động dạy và học bài tập Vật lý phần định luật bảo toàn cơ
năng cho học sinh khối 10 Trung tâm GDNN - GDTX Bình Xuyên.
* Mô tả sáng kiến:
- Về nội dung của sáng kiến:
Dạy học và phát triển tư duy học sinh có mối quan hệ qua lại phức tạp với
nhau. Dạy học làm cho học sinh phát triển ở mức độ khác nhau. Trong dạy học
vật lý tư duy của học sinh diễn ra trong quá trình chiếm lĩnh và vận dụng kiến
thức, để nắm vững được kiến thức học sinh phải có hệ thống thao tác tư duy
thích hợp và biết vận dụng các thao tác đó vào thực tiễn.
Để phát triển tư duy của học sinh thông qua tiết giải bài tập phải trải qua
những bước cơ bản chung. Mặc dù đây là công việc rất khó khăn bởi vì mỗi
dạng bài tập vật lý có những phương pháp giải khác nhau, nên việc giảng dạy
cũng khác nhau. Nhưng để giải được một bài tập hoàn chỉnh phải trải qua các
bước sau:
1


- Nghiên cứu đầu bài
- Đọc kỹ đầu bài
- Mã hóa đầu bài bằng những ký hiệu quen dùng
- Đổi đơn vị của các đại lượng trong cùng một đơn vị thống nhất( thường
hệ đơn vị SI)
- Vẽ hình hoặc sơ đồ( nếu có )
- Phân tích hiện tượng, quá trình vật lý và lập kế hoạch giải
- Mô tả hiện tượng, quá trình vật lý xẩy ra trong tình huống nêu lên trong

bài tập.
- Vạch ra các quy tắc, định luật chi phối của các hiện tượng, quá trình ấy.
- Dự kiến những lập luận, biến đổi toán học cần thực hiện nhằm xác lập
mối quan hệ giữa cái đã cho và cái phải tìm
- Trình bày lời giải
+ Viết phương trình của các định luật và giải hệ phương trình có được để
tìm ẩn số dưới dạng tổng quát, biểu diễn các đại lượng cần tìm qua các đại lượng
đã cho.
+ Thay các giá trị bằng số của các đại lượng đã cho để tìm ẩn số, thực
hiện các phép tính toán với độ chính xác cho phép.
+ Kiểm tra và biện luận kết quả( nếu cần ).
Vì vậy vận dụng phương pháp giảng dạy nêu vấn đề vào việc giải bài tập
phần định luật bảo toàn cơ năng là đúng đắn.
Định luật bảo toàn cơ năng “ Trong một hệ kín không có ma sát thì có sự
biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng, nhưng tổng của chúng tức cơ năng
được bảo toàn”

1

Biểu thức: W = Wt + Wđ = 2 mv2 +mgz = hằng số
Trong sách giáo khoa vật lý 10 đã trang bị khá cơ bản kiến thức về định
luật bảo toàn cơ năng. Phần đầu là định luật bảo toàn cơ năng ứng với trường
hợp trọng lực, phần 2 ứng với lực đàn hồi. Từ đó có thể phát biểu định luật bảo
toàn cơ năng dưới dạng tổng quát. Định luật bảo toàn cơ năng chỉ đúng trong hệ
kín và không có ma sát.
2


Khi giải bài tập phần định luật bảo toàn cơ năng ta phải chọn gốc tính thế
năng.

Phát triển tư duy học sinh thông qua tiết dạy bài tập phần định luật bảo
toàn cơ năng
Tiết 44: BÀI TẬP ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG
Hoạt động 1: Bài tập thứ nhất
Đề bài: Một vật có khối lượng 1kg trượt không ma sát từ đỉnh một mặt phẳng
nghiêng dài 10 m và nghiêng 300 so với mặt phẳng nằm ngang. Vận tốc ban đầu
bằng 0. Tính vận tốc của vật ở chân mặt phẳng nghiêng bằng hai phương pháp:
a. Giải theo định luật II Niu tơn
b. Giải theo định luật bảo toàn cơ năng
Giải bài toán
a. Giải theo định luật II Niu tơn
Hoạt động của thầy và trò

Nội dung
y

GV: Yêu cầu HS tóm tắt đều bài

m = 1 kg

HS: tóm tắt đầu bài

l = s = 10 m
α

= 300
v0 = 0

g = 10 m/s

GV: yêu cầu học sinh chọn hệ trục
tọa độ, xác định các lực tác dụng
vào vật ( biểu diễn trên hình vẽ)

N

2
0

Tính vB

p

1

p

p2
30

x

HS: Chọn trục tọa độ và xác định

Bài làm

các lực tác dụng vào vật ( vẽ hình) - Chọn hệ trục tọa độ xOy (hình vẽ)
GV: Nhận xét và chữa bài

- Các lực tác dụng vào vật

→

+ Trọng lực: P
+ Phản lực: N

→

→

P : phân tích thành hai thành phần

→
P1 vuông góc với mặt phẳng nghiêng
3


P2 song song với mặt mẳng nghiêng
GV: yêu cầu HS viết định luật II
Niu tơn và chiếu lên trục tọa độ
HS: Hoàn thành yêu cầu của giáo
viên
GV: Nhận xét và chữa bài

- Phương trình của định luật II Niu tơn
→ →
→
→
( 1)
N + P1 + P2 = m a
- Chiếu (1) lên trục Ox ta được

Psinα = ma
⇒ a = P.sinα

=

m.g.sinα

= g. Sinα

GV: Xác định vận tốc của vật ở
chân mặt phẳng nghiêng dựa vào
công thức nào?

m
m
- vận tốc của vật ở chân mặt phảng

HS: Đưa ra công thức và tính

⇒ vB =

GV: Nhận xét và chữa bài

nghiêng: v2B - v02 = 2as ⇒ vB2 = 2as
2as = 2.g.sinα.s

= 2.10.0,5.10 = 10 m/s

b. Giải theo định luật bảo toàn cơ năng
Hoạt động của thầy và trò

Nội dung ghi bảng

GV: yêu cầu học sinh tính cơ năng

- Chọn gốc tính thế năng tại chân dốc

tại điểm A và điểm B sau đó áp

( điểm B)

dụng định luật bảo toàn cơ năng để
tìm vân tốc tại điểm B
HS: Tính cơ năng tại điểm A và

- Cơ năng tại điểm A (đỉnh mặt phẳng

điểm B sau đó tính vận tốc tại B
GV: nhận xét và chữa bài

nghiêng)
WA = WđA + WtA = WtA = mgz ( vì VA = 0)
Và z = l.sinα
Vậy: WA = m.g.l.sinα
- Cơ năng tại điểm B( chân mặt phẳng
nghiêng)
WB = WđB + WtB = WđB ( vì zB = 0)
1 m v2
B
Vậy: WB= 2

- Theo định luật bảo toàn cơ năng
WA = wB ⇔ m.g.l.sinα = 1 m v2B
2

4


vB =

2.g.sinα.s =

2.10.0,5.10 = 10 m/s

GV: Em thấy trong hai cách trên
cách nào có ưu điểm hơn?
HS: trả lời
Hoạt động 2: Bài tập thứ 2
Một xe ô tô tải có khối lượng m = 4200 kg đang chạy trên đường nằm
ngang không ma sát với vận tốc 54 km/h thì bị hãm phanh. Sau khi đi được 1,5m
thì xe dừng lại. Tìm lực hãm của xe. Hãy giải bài toán bằng hai cách
a. Giải theo định luật II Niu tơn
b. Giải theo định luật bảo toàn cơ năng
Giải bài toán
a. Giải theo định luật II Niu tơn
Hoạt động của thầy và trò

Nội dung ghi bảng

GV: Yêu cầu HS tóm tắt đề bài

m = 4200 kg

HS: tóm tắt đầu bài

v0 = 54 km/h = 15 m/s
s = 15 m
Tính Fh
Bài làm
- Chọn trục Ox trùng với quỹ đạo chuyển

GV: yêu cầu học sinh chọn hệ trục
tọa độ, xác định các lực tác dụng
vào vật (biểu diễnx trên vẽ hình) ?
HS: Chọn trục tọa độ và xác định
các lực tác dụng vào vật (biểu diễn
trên hình vẽ)
GV: Nhận xét và chữa bài
GV: yêu cầu HS viết định luật II
Niu tơ và chiếu lên chiều chuyển
động
HS: Hoàn thành yêu cầu của giáo
viên

động, chiều dương là chiều chuyển động
- Các lực tác dụng vào vật
→
+ Trọng lực: P
→
+ Phản lực: N
→

+ Lực hãm: Fh
- Phương trình của định luật II Niu tơn
→

→

→

→

N + P + Fh = m a
( 1)
- Chiếu (1) lên chiều chuyển động ta được
Fh = ma (2)
- Theo công thức: v2 - v02 = 2as
5


GV: Nhận xét và chữa bài
GV: Xác định gia tốc của vật
HS: Xác định gia tốc
GV: Nhận xét và chữa bài

2
2
⇒ a = - v20 15
2s = - 2.1,5 = -75 m/s
Thay a = - 75 m/s2 vào ( 2) ta được

Fh = m.a = 4200.(-75)= - 315000 (N )

Dấu “ - ” chứng tỏ lực hãm ngược chiều
chuyển động của ô tô.

b. Giải theo định luật bảo toàn cơ năng
Hoạt động của thầy và trò

Nội dung ghi bảng

GV: Yêu cầu học sinh áp dụng định - Công của lực hãm bằng độ biến thiên
lý động năng để giải bài tập
HS: HS làm bài

động năng của ô tô
Ta có:

GV: Nhận xét và chữa bài

GV: Em thấy trong hai cách trên

1

2

1

2

A = Wđ2 - Wđ1 ⇔ Fh.s = 2 mv - 2 mv0
1
1

2
⇒ Fh = - 2s mv0 =- 2.1.2 .4200.152

cách nào có ưu điểm hơn?
HS: trả lời

= - 315000( N)

Hoạt động 3: Bài tập thứ 3
Một vật có khối lượng 1kg trượt không vận tốc đầu từ đỉnh mặt phẳng
nghiêng dài 10 m và nghiêng góc 300 so với mặt phẳng ngang. Hệ số ma sát
giữa vật và mặt phẳng nghiêng là 0,1. Tính vận tốc của vật khi nó đi được nửa
đường bằng hai cách: dùng định luật bảo toàn cơ năng và định luật II Niu tơn.
Lấy g = 10m/s2
Giải bài tập
a. Giải theo định luật II Niu tơn
Hoạt động của thầy và trò

Nội dung ghi bảng

GV: Yêu cầu HS tóm tắt đề bài

m = 1kg

HS: tóm tắt đầu bài

v0 = 0
l = 10 m
α=300
6

k = 0,1
2
g = 10 m/s
GV: Yêu cầu học sinh chọn hệ trục Tính vD
tọa độ, xác định các lực tác dụng vào
Bài làm
vật?
- Chọn hệ trục tọa độ xOy (hình vẽ)
HS: Chọn trục tọa độ và xác định các
- Các lực tác dụng vào vật
lực tác dụng vào vật
→
+

GV: Nhận xét và chữa bài

Trọng lực: P

→

Phản lực: N →
+ Lực ma sát : Fms
- Phương trình của định luật II Niu tơn
→→→→
( 1)
N + P + Fms = m a
+

- Chiếu (1) lên trục tọa độ ta
GV: yêu cầu HS viết định luật II Niu
được Ox: Psinα - Fms = ma (2)
tơn và chiếu lên chiều chuyển động.
HS: Hoàn thành yêu cầu của giáo viên Oy: N = Pcosα = mgcosα ( 3)

Từ (2 ) ⇒ a = Psinα-Fms

GV: Nhận xét và chữa bài

m

GV: Xác định gia tốc của vật

Với Fms = k.N = k. m.g.cosα

HS: Xác định gia tốc

Vậy a = g( sinα - kcosα )

GV: Nhận xét và chữa bài

= 10( 0,5 - 0,1.0,866) = 4,13 m/s
Tính vận tốc của vật khi đi được
nửa đoạn đường

-

Theo công thức: v2D - v20 =

l

2as Với s = 2
2

l

Vậy vD =2. 2 .g( sinα - kcosα ) ⇒
vD =

gl(sinα-kcosα) = 6,43m/s

b. Giải theo định luật bảo toàn cơ nămg
Hoạt động của thầy và trò

Nội dung ghi bảng

7


GV: Yêu cầu học sinh tính cơ năng tại - Chọn gốc tính thế năng tại chân
điểm A và điểm D
dốc ( điểm B)
HS: Tính cơ năng tại điểm A và điểm - Cơ năng tại điểm A (đỉnh mặt phẳng
D
nghiêng)
GV: nhận xét và chữa bài

WA = WđA + WtA = WtA =

GV: Áp dụng hệ quả: Công của lực
ma sát bằng độ giảm cơ năng

mgz ( vì VA = 0) Và z = l.sinα
Vậy: WA = m.g.l.sinα
- Cơ năng tại điểm D
1

l

WD =WđD + WtD = 2 mvD2 + mg 2 sinα

- Công của lực ma sát bằng độ giảm cơ
năng
Ams = WA - WD
l
Với Ams =Fms.s = kmgcosα. 2

l

1

kmgcosα. 2 = m.g.l.sinα - 2 mv2D l

GV: Em thấy trong hai cách trên cách
nào có ưu điểm hơn?

mg 2sinα

⇒ vD =

gl(sinα-kcosα) = 6,43m/s

HS: trả lời
- Về khả năng áp dụng của sáng kiến:
Giải pháp về kiến thức toán học có liên quan
Trong phần giải bài tập phần định luật bảo toàn cơ năng sư dụng rất nhiều
đến kiến thức toán học có liên quan như: việc phân tích tổng hợp các véc tơ, sử
dụng công thức lượng giác... nhiều học sinh do không nắm vững kiến thức nên
làm bài tập đã nhầm và sai kết quả. Chính vì vậy trước khi dạy tiết bài tập cần
phải nhắc lại để cho học sinh nắm vững hoặc lược lại kiến thức đã học để vận
dụng tốt vào giải bài tập cũng như lập luận toán học để giải quyết vấn đề vật lý.
Giải pháp về kiến thức vật lý đã học
Giáo viên cần nhắc lại kiến thức Vật lý đã học và một số đơn vị có liên
quan để các em tiếp thu bài tốt hơn. Xây dựng cho các em cách tư duy Vật lý,
8


cách quan sát thí nghiệm, làm thí nghiệm và nhận xét đánh giá. Đưa ra một số
phương án khả quan để có thể áp dụng giải bài tập vật lý đơn giản và hiệu quả
hơn.
Giải pháp tâm lý
Khi giảng dạy cũng như khi kiểm tra cần phải theo dõi nguyên nhân do
đâu mà các em không nắm được bài. Từ đó để tiếp tục có những tác động phù
hợp sao cho các em học tập tốt hơn.
Chú ý gây hứng thú cho học sinh trong tiết học, chú ý đến lời giải sao cho
dễ nghe, dễ hiểu, truyền cảm. Ví dụ chứng minh phải rất gần gũi với đời sống
của các em. Đó là phương pháp nhằm kích thích hứng thú học tập của học sinh
giúp cho các em hiểu bài sâu, hiểu bài ngay trên lớp.
* Đánh giá lợi ích thu đƣợc hoặc dự kiến có thể thu đƣợc do áp dụng

sáng kiến theo ý kiến của tác giả:
Trong quá trình giảng dạy tôi thu được kết quả như sau:
Bài tập

Giải bài tập theo Định luật II

Giải bài tập theo định luật

Niu tơn

bảo toàn cơ năng

Bài 1

50% - 60% HS làm được bài

100% HS làm được bài

Bài 2

50% - 60% HS làm được bài

80% - 90% HS làm được bài

Bài 3

50% - 60% HS làm được bài

80% - 90% HS làm được bài

- Kết qủa dựa vào định luật bảo toàn cơ năng
Đối với bài tập 1 do bài tập còn đơn giản tức là áp dụng thuần túy định
luật bảo toàn cơ năng để tính thì 100% học sinh làm được. Chứng tỏ việc vận
dụng các kiến thức vào giải bài tập đơn giản cũng như việc nắm vững công thức
để tính của học sinh là khá tốt.
Riêng đối với bài tập 2 và 3 do việc giải cần phải suy nghĩ và lập luận
nhiều nên còn một số học sinh vẫn lúng túng. Tuy nhiên số em lúng túng còn ít
và khi giáo viên gợi ý các em có thể làm được. vì vậy ở bài 2 và bài 3 có khoảng
80% - 90% học sinh làm được.
- Kết qủa dựa vào định luật II Niu Tơn
Với cùng một đề bài nếu cho học áp dụng định luật II Niu Tơn để giải thì
số lượng học sinh giải được vào khoảng từ 50 - 60% còn số học sinh giải sai
chiếm khoảng 40% - 50%. Hều hết các em giải sai nguyên nhân do: phân tích
9


các lực tác dụng vào vật (hệ vật) là nhầm, nếu học sinh phân tích lực đúng
nhưng khi chiếu phương trình véc tơ lên chiều dương lại bị sai.
* Những thông tin cần đƣợc bảo mật (nếu có): Không
d) Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: Học sinh khối 10,
máy chiếu, kiến thức liên quan đến định luật bảo toàn cơ năng
đ) Về khả năng áp dụng của sáng kiến cho những đối tƣợng, cơ quan,
tổ chức nào hoặc những ngƣời tham gia tổ chức áp dụng sáng kiến lần đầu
(nếu có):
Số

Tên tổ chức/cá nhân

Địa chỉ

Phạm vi/Lĩnh vực

TT
1

áp dụng sáng kiến
Trung tâm GDNN –

Thị trấn Hương Canh,

GDTX Bình Xuyên

Bình Xuyên, Vĩnh Phúc

Giảng dạy vật lí lớp
10

Tôi làm đơn này trân trọng đề nghị Hội đồng sáng kiến xem xét và công
nhận sáng kiến. Tôi xin cam đoan mọi thông tin nêu trong đơn là trung thực,
đúng sự thật, không xâm phạm quyền sở hữu trí tuệ của người khác và hoàn toàn
chịu trách nhiệm về thông tin đã nêu trong đơn.

Bình Xuyên, ngày 14 tháng 02
năm2020
NGƢỜI VIẾT ĐƠN

Nguyễn Thị Hằng

10

1