Sáng kiến kinh nghiệm Khai thác các cách giải khác nhau cho một bài toán Vật lý

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Khai thác các cách giải khác nhau cho một bài toán Vật lý

1. Khai thác các cách giải khác nhau cho một bài toán Vật lý Khai thác các cách giải khác nhau cho một bài toán vật lý A. Đặt vấn đề I. Lý do chọn đề tài 1. Cơ sở lý luận - Nhiệm vụ nhận thức của học sinh với một khối lượng kiến thức mới và nhiều đòi hỏi các em phải tập trung tư duy cao trong bài học. Với vốn kinh nghiệm giải bài tập còn ít, khả năng nhận thức của học sinh không đều, một số học sinh còn máy móc dập khuôn những lời giải có sẵn chưa phát huy tối đa năng lực giải bài tập của mình - Bên cạnh việc phải đổi mới phương pháp dạy học phù hợp với chương trình và kiến thức sách giáo khoa mới hịên nay thì chúng ta cũng nên chú ý đến kĩ năng giải các bài tập của học sinh. Cần cho học sinh thấy được cái hay trong các lời giải khác nhau của bài toán. 2. Cơ sở thực tế - Trên thực tế nếu chúng ta biết khai thức bài toán dưới các lời giải khác nhau hoặc tiếp tục phát triển mở rộng bài toán đó thì mới thấy được Vật lý học đúng là môn thể thao của trí tụê giúp nhiều trong rèn luỵên suy nghĩ, suy luận, phương pháp học tập, giải quyết các vấn đề, rèn luyện trí thông minh sáng tạo. - Các em học sinh đựoc khai thức các lời giải của bài toán sẽ cảm nhận được cái hay trong vật lí và ngày càng yêu thích học vật lí hơn II. Mục đích - Giúp giáo viên có được một phương pháp tổng quát trong việc hướng dẫn học sinh giải bài tập, từ đó nâng cao được chất lượng dạy học lên một bước. - Giúp học sinh bước đầu hình thành được các bước giải một bài tập vật lí để từ đó hướng các em đến với môn Vật lí, một môn học gắn liền với thực tế đời sống. B. Giải quyết vấn đề I. Phương pháp nghiên cứu - Thông qua thực tế giảng dạy, điều tra, trắc nghiệm, thực nghiệm, khảo sát, phân tích so sánh, tổng hợp - Qua trao đổi , giao lưu, học hỏi các kinh nghiệm của đồng nghiệm, đồng thời tự học, tự nâng cao, tự bồi dưỡng. - Dự giờ rút kinh nghiệm - Trao đổi trực tiếp với các đối tượng học sinh ngoài giờ lên lớp II. Tiến trình 1. Giáo viên cần làm cho học sinh hiểu được các bước giải một bài tập vật lí nói chung. Căn cứ vào yêu cầu chủ yếu của bài tập vật lí ta có thể đưa ra một sơ đồ chung về các bước chủ yếu cần phải thực hiện để đảm bảo chắc chắn và nhanh chóng tìm được lời giải, tránh được những quanh co mất thời gian. Người thực hiện: Hoàng Quốc Tuấn – Trường T H C S Yên Nhân 1
2. Khai thác các cách giải khác nhau cho một bài toán Vật lý Bước 1: Tìm hiểu đề bài: bước này bao gồm các công việc a. Tìm hiểu ý nghĩa vật lí của các từ ngữ trong đề bài và diễn đạt bằng ngôn ngữ vật lí b. Biểu diễn các đại lượng vật lí bằng các kí hiệu, chữ cái quen dùng theo quy ước trong sách giáo khoa c. Vẽ hình nếu cần d. Xác định điều cho biết hay dữ kiện đã cho và điều phải tìm hay ẩn số của bài tập. Tóm tắt đầu bài. Bước 2: Phân tích hiện tượng vật lí mà đề bài đề cập đến: Bước này bao gồm các việc: a. Căn cứ vào những điều đã biết cho biết, xác định xem hiện tượng nêu trong đề bài thuộc phần nào của kiến thức vật lí học, có liên quan đến những khái niệm nào, định lụât nào, quy tắc nào đã biết. b. Đối với những hiện tượng vật lí phức tạp thì phải phân tích ra thành những hiện tượng đơn giản, chỉ bị chi phối bởi một nguyên nhân, một quy tắc hay định luật xác định c. Tìm hiểu xem hịên tượng vật lí diễn biến qua những giai đoạn nào, mỗi giai đoạn tuân theo những định lụât nào quy tắc nào. Bước 3: Xây dựng lập luận cho việc giải bài tập. a. Trình bày có hệ thống chặt chẽ, lập lụân logic để tìm ra mối liên hệ giữa những điều cho biết và những điều phải tìm. b. Nếu cần phải tính toán định lượng thì lập các công thức có liên quan đến các đại lượng cho biết, đại lượng cần tìm, thực hiện các phép biến đổi toán học, để cuối cùng tìm được một công thức toán học chứa các đại lượng đã biết và các đại lượng cần tìm. Thực chất là tìm một phương trình toán học trong đó ẩn số là đại lượng vật lí phải tìm, liên hệ với các đại lượng khác đã cho trong đề bài. c. Đổi các đơn vị đã cho trong đề bài về các đơn vị chuẩn rồi thực hiện tính toán. + Đối với học sinh THCS giáo viên nên dùng phương pháp phân tích thì học sinh dễ hiểu hơn, có thể định hướng suy nghĩ tìm tòi dễ dàng, có hiệu quả hơn ở học sinh. + Theo phương pháp này thì ta bắt đầu từ điều phải tìm “ẩn số”, xác định mối quan hệ giữa điều phải tìm với những điều cho biết (dữ kiện bài tập) và cả những điều trung gian chưa cho biết. Tiếp đó lại tìm mối quan hệ giữa những điều trung gian đó với những điều đã cho biết khác. cuối cùng ta tìm được mối liên quan trực tiếp giữa điều phải tìm với những điều đã cho biết. Bước 4: Biện lụân kết quả thu được 2. Giáo viên cần hướng dẫn cho học sinh cách suy nghĩ tìm lời giải a. Trước hết cần phải rèn luyện cho học sinh thói quen thực hiện bốn bước giải bài tập vật lí nói chung đặc biệt chú ý khâu phân tích hiện tượng, trong mỗi bước có một số việc làm nhất định thực hiện nhiều lần học sinh sẽ quen. b. Hướng dẫn học sinh phân tích hiện tượng Để giúp cho học sinh có thể phân tích được hiện tượng, giáo viên đưa ra những câu hỏi gợi ý, cho học sinh lưu ý đến những dấu hiệu có liên quan đến những hiện tượng đã biết hoặc chi phối bởi các quy luật các tính chất đã biết. c. Hướng dẫn học sinh xây dựng lập luận giải Xây dựng lập luận để giải thích một hiện tượng cần tiến hành như sau: Người thực hiện: Hoàng Quốc Tuấn – Trường T H C S Yên Nhân 2
3. Khai thác các cách giải khác nhau cho một bài toán Vật lý - Đầu tiên hướng dẫn học sinh phân tích hiện tượng đã cho trong đề bài thành những hiện tượng điển hình đã biết - Nhớ lại và phát biểu thành lời những hiện tượng điển hình đó - Xây dựng một lập luận xác lập mối liên hệ giữa hiện tượng điển hình chung với hiện tượng cụ thể trong đề bài - Phối hợp tất cả những lập luận trên để lý giải nguyên nhân của hiện tượng đã cho biết trong bài tập 3. Khai thác các cách giải khác nhau cho một bài toán vật lý: Khi học sinh đã nắm được phương pháp chung để giải một bài tập vật lý thì giáo viên cần tập chung rèn luyện cho các em kĩ năng làm bài, đặc biệt với học sinh khá giỏi thì nên cho học sinh phân tích kĩ đề bài để có thể tìm ra các lời giải khác nhau cho cùng một bài toán nhằm phát triển tư duy cho học sinh. Sau đây là một số ví dụ cụ thể Bài 1: Cho mạch điện như hình vẽ. R Biết U1 = 3,6V, U2 = 2,4V C 3 D R1 = 6  , R2 = 3  , R3 = 10  + A R4 = 12  , R5 = 6  . . -.N Ampekế có điện trở không đáng U1 R U2 kể, bỏ qua điện trở các dây nối. R4 5 -.B +.M Tính cường độ dòng điện qua mỗi điện trở và số chỉ của ampekế? R1 R2 A E F Lời giải * Cách 1: Giả sử dòng điện chạy qua R3 I1 C I3 D I2 các điện trở có chiều như hình vẽ. Tại nút C và D ta có: A I4 +. I5 -.N I1 = I3 + I4 U1 U I = I + I R R5 2 2 3 5 -. 4 +. Ta có: UAB = UAC + UCE + UEB B M U1 = I4.R4 + ( I3 + I4 ).R1 R1 R2 3.I4 + I3 = 0,6 ( 1 ) A UCD = UCE + UEF + UFD E F I3.R3 = I4.R4 + I5.R5 6I4 + 3I5 = 5I3 ( 2 ) UMN = UMF + UFD + UDN I3 + 3I5 = 0,8 ( 3 ) Từ ( 2 ) và ( 3 ) ta có: 5I3 – 0,8 = 6I4 – I3 3I3 – 3I4 = 0,4 ( 4 ) Từ ( 1 ) và ( 4 ) ta có: 4I3 = 1 I3 = 0,25 A 0,6 0,25 7 I4 = A 3 60 Người thực hiện: Hoàng Quốc Tuấn – Trường T H C S Yên Nhân 3
4. Khai thác các cách giải khác nhau cho một bài toán Vật lý 0,8 0,25 11 I5 = A 3 60 7 11 I1 = 0,25 + A 60 30 11 13 I2 = 0,25 + A 60 30 Tại nút E ta có: 11 7 IA = I1 – I4 = 0,15A 30 60 * Cách 2: Giả sử dòng điện chạy qua các điện trở có chiều như hình vẽ. Ta có: UMF = I2R2 = 3I2 UFD = U2 – UMF = 2,4 – 3I2 U FD 2,4 3I 2 I 5 0,4 5I 2 R5 6 Tại nút D ta có: I3 = I2 – I5 = 1,5I2 – 0,4 UCD = I3R3 = 15I2 – 4 UCE = UCD + UDF + UFE UCE = 15I2 – 4 – ( 2,4 – 3I2 ) = 18I2 – 6,4 U CE 18I 2 6,4 I 4 R4 12 Tại nút C ta có: 14 I1 = I3 + I4 = 3I2 - 15 Mặt khác ta có: UAB = UAC + UCE + UEB 14 3,6 = 18I2 – 6,4 + ( 3I2 - ).6 15 15,6 13 I A 2 36 30 Thay I2 vào các biểu thức trên ta có: I3 = 0,25 A 0,6 0,25 7 I4 = A 3 60 0,8 0,25 11 I5 = A 3 60 7 11 I1 = 0,25 + A 60 30 11 7 IA = I1 – I4 = 0,15A 30 60 Bài 2. R Cho mạch điện như hình vẽ. A U B 4 Biết: U = 14V không đổi, R2 = 15  , R4 = 4  . Đèn Đ loại (6V – 3W) R1 M sáng bình thường. Vôn kế có R V rất C D lớn chỉ 3V, chốt dương của vôn kế V mắc vào điểm M. Tính R1 và R3? R2 R3 N Người thực hiện: Hoàng Quốc Tuấn – Trường T H C S Yên Nhân 4
5. Khai thác các cách giải khác nhau cho một bài toán Vật lý Lời giải * Cách 1: Pdm Ta có: Iđ = 0,5A Udm UAB = UCN + UNM + UMD + UDB 15I 2 4I 4 21 1 Tại nút D ta có: I2 + Iđ = I4 I2 + 0,5 = I4 ( 2 ) Từ ( 1 ) và ( 2 ) I 2 1A; I 4 1,5A UDB = 1,5.4 = 6V UCM = 24 – ( UMD + UDB ) = 12V 12 R 24 1 0,5 UCN = I2.R2 = 15V UND = UAB – ( UCN + UDB ) = 3V 3 R 3 3 1 *Cách 2: Dùng một trong các đại lượng sau làm ẩn ( U2, I2, U4, I4 ) Ta có: UDB = UAB – ( UCN + uNM + UMD ) = 21- U2 Tại nút D ta có: I2 + Iđ = I4 21 U U 2 0,5 2 4 15 U 2 15V U 2 I 2 I 3 1A R2 U DB 21 15 6V U ND U AB U 2 U DB 3V U ND R3 3 I 3 U CM U AB U MD U DB 12V R1 24 Bài 3: Một cái bơm hàng ngày bơm được 3m3 nước lên cao 15m, mất 1 giờ 20phút và tiêu thụ một công suất điện P1 = 150W. a. Tính hiệu suất của bơm? b. Một hôm đang bơm thì bơm hỏng và phải bơm tiếp bằng một bơm có công suất P2 = 100W do đó tổng thời gian bơm là 1giờ 40phút. Cho biết hai bơm có hiệu suất bằng nhau. Hãy tính thời gian hoạt động của mỗi bơm. Tóm tắt: Giải V = 3m3 Đổi: t = 1h20' = 4800(s) h = 15m a. Trọng lượng của 3m3 nước t = 1h20' P = d.V = 10000.3 = 30000(N) 3 P1 = 150W Công cần thiết để đưa 3m nước lên cao 15m a. Tính H1 = ? Aci = P.h = 30000.15 = 450000(J) b. Biết P2 = 100W Công do máy bơm sinh ra Người thực hiện: Hoàng Quốc Tuấn – Trường T H C S Yên Nhân 5
6. Khai thác các cách giải khác nhau cho một bài toán Vật lý h t' = 1 40' Atp = P1.t = 150.4800 = 720000(J) H1 = H2 Hiệu suất của máy bơm Tính t1, t2 =? Aci 450000 H1 = .100% .100% 62,5% Atp 720000 b. * Cách 1: Gọi trọng lượng nước mà hai máy bơm bơm được lần lượt là P1 và P2 Theo bài ra ta có: P1 + P2 = 30000 (1) t1 + t2 = 6000 (2) Mặt khác ta có: Aci1 Aci2 P1.h P2 .h H1 = H2 = Atp1 Atp2 150.t1 100.t2 15P 15P 15 P P H 1 2 1 2 Theo(1)và (2) 150.t 100.t 100 t t 50t 1 2 1 2 1 15.30000 H 100.6000 50t1 9000 9000 12000.0,625 H1 t1 2400 s 200 t1 0,625 t1 40 ph ; t2 = 1 giờ * Cách 2: Do thay bơm nên thời gian bơm tăng thêm 5 4 1 1h40phút - 1h20phút = h 3 3 3 100 2 Bơm thứ hai có công suất bằng bơm thứ nhất. Nên để thay 1 giờ làm việc 150 3 của bơm thứ nhất bơm thứ hai phải làm việc trong 1,5 giờ và thời gian bơm tăng thêm: 1,5 - 1 = 0,5 (h) 1 Vậy để thời gian bơm tăng (h) thì bơm thứ hai phải hoạt động trong thời gian: 3 1 3 3 t2 = . 1 h 2 1 2 Vậy bơm thứ hai hoạt động trong 1 giờ và bơm thứ nhất hoạt động trong 40phút. 1 Bài 4: Một người đi xe máy trên đoạn đường chièu dài S(km). Trong thời gian đầu 2 người đó đi đoạn đường S1, với vận tốc v1 = 40km/h. Trên đoạn đường còn lại, người 1 1 đó đi quãng đường đầu với vận tốc v2 = 80km/h và trong quãng đường cuối với 2 2 vận tốc v3. Biết vận tốc trung bình trên cả quãng đường S là v = 60km/h. Tính v3. Giải * Cách 1: Gọi thời gian người đó đi hết quãng đường S là 2t giờ Người thực hiện: Hoàng Quốc Tuấn – Trường T H C S Yên Nhân 6