Skkn nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh khá giỏi phần “bài tập thực nghiệm

  • Số trang: 42 |
  • Loại file: DOC |
  • Lượt xem: 22 |
  • Lượt tải: 0
nguyen-thanhbinh

Đã đăng 8358 tài liệu

Mô tả:

MỤC LỤC NỘI DUNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trang 3 1.1.1 Cơ sở lí luận 3 1.1.2 Cơ sở thực tiễn 3 1.2 Giới hạn đề tài 4 2 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 5 2.1 Thực trạng của vấn đề 5 2.2 Các biện pháp để giải quyết vấn đề 6 Giải pháp 1: Xây dựng hệ thống bài tập theo từng phần và 2.2.1 phân loại bài tập theo từng dạng giúp học sinh dễ nhớ, dễ hiểu và dễ vận dụng. 7 2.2.2 Giải pháp 2: Cho học sinh tìm tòi và kết hợp với giáo viên đưa ra các bước chung nhất để giải bài toán: 30 2.2.3 Giải pháp 3: Phát huy vai trò thảo luận nhóm trong quá trình dạy học theo định hướng phát triển năng lực. 30 Giải pháp 4: Tăng cường kiểm tra, chấm, chữa về dạng bài 2.2.4 tập thực nghiệm, lồng ghép bài tập thực nghiệm trong các bài kiểm tra. 36 2.3 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm. 36 3 KẾT LUẬN 38 3.1 Tóm lược giải pháp 38 3.2 Phạm vi áp dụng 39 3.3 Kiến nghị 40 1 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ 1 GV Giáo viên 2 HS Học sinh 3 NLK Nhiệt lượng kế 4 SKKN Sáng kiến kinh nghiệm 2 1- ĐẶT VẤN ĐỀ Vật lý học là một môn khoa học thực nghiệm, cơ sở của nhiều ngành kỹ thuật quan trọng, sự phát triển của khoa học vật lý gắn bó chặt chẽ và có tác động qua lại, trực tiếp với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật. Vì vậy, những hiểu biết và nhận thức vật lý có giá trị lớn trong đời sống và trong sản xuất, đặc biệt trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.“Hiền tài là nguyên khí quốc gia” Nước ta rất cần những nhân tài trong ngành vật lý, rất cần những kỹ sư có kỹ năng thực hành giỏi. Muốn vậy việc tìm kiếm, phát hiện và bồi dưỡng nâng cao kiến thức vật lý cho học sinh từ khi còn ngồi trong ghế nhà trường là vô cùng cần thiết và đặc biệt là cho học sinh tiếp cận những bài tập thực nghiệm và thí nghiệm thực hành, giúp các em sáng tạo và có kỹ năng thực hành giỏi, gắn lý thuyết với thực tiễn. 1.1.1 Cơ sở lí luận Người lao động xưa đã từng quan niệm “Trăm hay không bằng tay quen”, rằng lý thuyết hay không bằng thực hành giỏi. Điều đó cho thấy người xưa đã đề cao vai trò của thực hành. Ngày nay xã hội phát triển, quan niệm lý thuyết và thực hành được hiểu khác hơn. Học và hành lúc nào cũng đi đôi, không thể tách rời nhau. Điều đó cũng đã được chủ tịch Hồ Chí Minh khẳng định: “Học với hành phải đi đôi, học mà không hành thì vô ích, hành mà không học thì hành không trôi chảy.” Học là tiếp thu kiến thức đã được tích lũy trong sách vở, là nắm vững lí luận đã được đúc kết trong các bộ môn khoa học, đồng thời tiếp nhận những kinh nghiệm của người đi trước. Còn hành nghĩa là ứng dụng kiến thức, lý thuyết để vận dụng vào thực hành hoặc giải quyết một vấn đề thực tiễn của đời sống. Cho nên học lý thuyết và thực hành hay làm bài tập thực hành có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhau. Chúng là hai mặt của một quá trình thống nhất, không thể tách rời. Học sinh Việt Nam rất giỏi về lí thuyết, nhưng về thực hành lại là điểm yếu đối với học sinh Việt Nam. Vì thế trong nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI “Về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo” đã khẳng định “nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, chú trọng phát triển năng lực và kỹ năng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn” Phát triển khả năng sáng tạo và kỹ năng thực hành mà cụ thể là thông qua việc cho học sinh tiếp cận và đi sâu vào các dạng bài tập thực nghiệm là điều vô cùng cần thiết, giúp học sinh có mối liên hệ chặt chẽ giữa lí thuyết và vận dụng thực tế, ứng dụng kiến thức vào đời sống. 1.1.2. Cơ sở thực tiễn Bài tập thực nghiệm thường chiếm một phần điểm trong các đề thi học sinh giỏi các cấp, nhưng nó thường đóng vai trò là câu khó để phân loại học sinh, cũng là phần có số dạng bài và phương pháp giải phong phú. Mặt khác các bài tập về thực nghiệm và thí nghiệm rất mới mẻ, xa lạ với các em, nhất là các em đầu cấp, nhưng luôn gây nhiều hứng thú, đồng thời kích thích các em vận 3 dụng kiến thức tổng hợp đề giải quyết vấn đề. Từ kiến thức lí thuyết vật lý trừu tượng các em vận dụng đưa vào thực tế một cách linh hoạt và sáng tạo. Hiện nay trên thị trường hầu như chưa có tài liệu tham khảo nào làm tốt việc phân loại bài tập thực nghiệm. Phương pháp giải cũng chưa được xây dựng thành hệ thống gây khó khăn cho cả học sinh và giáo viên khi giảng dạy. Qua điều tra nghiên cứu cùng với kinh nghiệm nhiều năm được phân công dạy bồi dưỡng đội tuyển Học sinh giỏi của huyện tôi nhận thấy: Đa phần học sinh chỉ được học một số ít buổi về bài tập nâng cao thuộc phần này. Việc học ở trường bị hạn chế, việc học ở nhà cũng gặp khó khăn do không có tài liệu tham khảo có chất lượng. Hơn thế nữa việc phân loại và đưa ra phương pháp giải cho từng dạng cũng chưa thực sự tốt. Đối với các giáo viên khi nghiên cứu bài tập thực nghiệm cũng gặp nhiều khó khăn vì tài liệu tham khảo ít và ít có cơ hội học hỏi để nâng cao phần kiến thức này. Chính vì việc tiếp cận bài tập thực nghiệm của học sinh còn nhiều hạn chế, Nên khi nhìn thấy những bài tập này thường các em rất mất bình tĩnh và hoang mang. Với mong muốn nâng cao chất lượng giảng dạy bài tập thực nghiệm và giúp học sinh các trường, các khối lớp tiếp cận được hệ thống bài tập thực nghiệm dễ dàng hơn, nhiều hơn, đặc biệt là bồi dưỡng, nâng cao chất lượng học sinh khá giỏi của trường, của huyện tôi mạnh dạn chọn đề tài sáng kiến kinh nghiệm: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh khá giỏi phần: “bài tập thực nghiệm”. Thông qua các bài tập thực nghiệm, học sinh được bồi dưỡng, phát triển năng lực tư duy, năng lực thực nghiệm, năng lực hoạt động tự lực, sáng tạo, bộc lộ rõ khả năng sở trường, sở thích về vật lí. Giải các bài tập thực nghiệm là một hình thức hoạt động nhằm nâng cao chất lượng học tập, tăng cường hứng thú, gắn học với hành, lí luận với thực tế, kích thích tính tích cực, tự lực, trí thông minh, tài sáng tạo, tháo vát ... của từng học sinh. Bên cạnh đó khi được tiếp xúc dạng bài tập này học sinh rất hứng thú và yêu thích khám phá, tìm tòi, kích thích trí tưởng tượng và vận dụng kiến thức tổng hợp. Đây cũng là biện pháp để phát hiện đúng những học sinh khá giỏi về vật lí. Sáng kiến kinh nghiệm tập trung cung cấp kiến thức trọng tâm và đưa một số bài tập cụ thể có thể giúp đồng nghiệp và các em trong một mức độ nào đó với hy vọng việc ôn thi học sinh giỏi không còn là quá khó với các đồng nghiệp nữa. 1.2. Giới hạn đề tài Vật lý là bộ môn thực nghiệm, nên nhận thức sâu sắc được tầm quan trọng của bài tập thực nghiệm trong việc bồi dưỡng kiến thức, nâng cao kiến thức và khả năng vận dụng kiến thức vật lý của học sinh để áp dụng vào trong đời sống. Vì lí do trên nên tôi đã chọn đề tài: Nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh khá giỏi phần: “bài tập thực nghiệm ”. làm nội dung sáng kiến của mình. Đi vào nghiên cứu đề tài này, tôi xin được trình bày những nội dung chính sau: Phần I: Đặt vấn đề 4 Phần II: Giải quyết vấn đề. Phần III: Kết luận 1.2.1.Giới hạn của đề tài . Giới hạn của đề tài là: nâng cao chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi phần “ Bài tập thực nghiệm” - Để tài tập trung nghiên cứu, phân loại một số dạng bài tập thực nghiệm về cơ, nhiệt, điện, quang học và ứng dụng phương pháp dạy học theo định hướng phát triển năng lực vào bồi dưỡng học sinh khá giỏi phần bài tập thực nghiệm. 1.2.2. Phạm vi nghiên cứu: Trong sáng kiến này chỉ đề cập đến các dạng bài tập thực nghiệm THCS. 1.2.3. Khả năng áp dụng sáng kiến: - Sáng kiến được các giáo viên THCS môn vật lý sử dụng trong công tác bồi dưỡng học sinh khá giỏi và luyện thi vào lớp 10 chuyên. - Sáng kiến sử dụng làm tài liệu cho học sinh khá giỏi nghiên cứu và học tập nâng cao kiến thức. 1.2.4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp quan sát: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu. - Phương pháp thực nghiệm. - Phương pháp dạy học theo định hướng phát triển năng lực của học sinh. - Phương pháp bàn tay nặn bột. - Phương pháp phân loại các dạng bài tập phù hợp với khả năng nắm bắt kiến thức của học sinh. - Phương pháp tổng kết kinh nghiệm. 1.2.5. Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 9/ 2011 đến tháng 5/2014. 2. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.1- THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ. Bài tập thực nghiệm là dạng bài tập khó và mới đối với học sinh. Các em thường rất sợ, ngại, chưa chủ động trong việc tự tìm ra cách giải và khó tìm ra phương pháp giải cho một bài toán. Các em còn mơ hồ, chưa phân định được các đơn vị kiến thức rành rọt cho các hiện tượng, đại lượng vật lí có trong các nội dung bài tập tương ứng, còn lúng túng khi xác định đề, thậm chí khi đọc đề mà không định hướng được cách giải. Thực trạng chung của học sinh và giáo viên trong quá trình giải và hướng giải bài tập là: - Đối với giáo viên thường ngại đi sâu vào dạng bài tập này, vì đây là kiểu bài tập khó, thường phải tư duy, không có nhiều trong các tài liệu tham khảo. 5 - Đối với học sinh, kiểu bài này không mới nhưng ít gặp, hoặc nếu gặp thì khó nên đòi hỏi các em phải vận dụng linh hoạt mới sáng tạo ra cách làm. Vì thế kết quả học tập chưa cao. Điển hình trong kỳ thi khảo sát chất lượng học sinh giỏi huyện Yên Khánh năm học 2011-2012 môn vật lý lớp 8 có một bài tập thực nghiệm ở câu số 5 như sau: “Em hãy nêu phương án thí nghiệm để xác định khối lượng riêng của một cái bát sứ, nếu cho các dụng cụ: một bình hình trụ đựng nước, một cái thước milimet và một cái bát sứ.” nhưng các em do tâm lý sợ kiểu bài này và không vận dụng linh hoạt nên đã không làm được. Thực trạng của vấn đề là: qua quá trình giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi tôi thấy dạng bài tập thực nghiệm rất hay xuất hiện trong các đề thi olimpic hay chọn học sinh giỏi các cấp, nó phát huy khả năng sáng tạo và vận dụng kiến thức linh hoạt, ứng dụng lí thuyết vào thực tế của học sinh nhưng lại rất ít em làm được. Vì những mâu thuẫn đó tôi đã tiến hành cho các em làm một bài kiểm tra khảo sát về bài tập thực nghiệm và thí nghiệm thực hành trong lớp hai lớp 8A và 9A các năm học, tôi thu được kết quả như bảng sau: KẾT QUẢ KIỂM TRA BAN ĐẦU CHẤT LƯỢNG HỌC LỰC Năm học Sĩ số Giỏi SL Khá SL % TB % SL Yếu % SL % 2011-2012 35 1 2,8 2 5,7 20 57,0 12 35 0 0 5 14,3 21 60,0 9 25,7 2013-2014 36 0 0 10 27,8 20 55,6 6 17,0 2011-2012 33 1 3,0 11 33,3 20 60,6 1 3,0 Lớp 9A 2012-2013 35 3 8,6 11 31,4 10 28,6 1 2,8 2013-2014 35 2 5,7 17 48,6 12 34,3 4 11,4 Lớp 8A 34,3 2.2. CÁC BIỆN PHÁP ĐÃ TIẾN HÀNH ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ. Bài tập thực nghiệm là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy học sinh. Việc giải bài tập loại này sẽ giúp học sinh hiểu rõ bản chất hiện tượng, quy luật vật lý và rèn luyện cho học sinh sự chú ý đến việc phân tích nội dung vật lý. Câu hỏi của bài tập thực nghiệm thường sử dụng như sau: - Làm thế nào để đo được … với các thiết bị…? - Hãy tìm cách xác định… với các thiết bị…? 6 - Nêu phương án đo … với các dụng cụ… ? Những bài tập này yêu cầu học sinh đo đạc đại lượng vật lý với các thiết bị sẵn có trong đề bài, tìm quy luật về mối liên hệ phụ thuộc giữa các đại lượng đã có với các đại lượng cần tìm. Với đặc trưng của kiểu bài và thực trạng trên tôi đưa ra các giải pháp sau: 1. Xây dựng chương trình bồi dưỡng và đưa ra hệ thống bài tập theo từng phần và phân loại bài tập theo từng dạng giúp học sinh dễ nhớ, dễ hiểu và dễ vận dụng. 2. Hệ thống các dạng bài tập thành các bước giải. 3. Phát huy vai trò thảo luận nhóm trong quá trình dạy học theo đinh hướng phát triển năng lực. 4. Tăng cường kiểm tra, chấm, chữa về dạng bài tập thực nghiệm, lồng ghép bài tập thực nghiệm trong các bài kiểm tra. 2.2.1 Giải pháp 1: Xây dựng hệ thống bài tập theo từng phần và phân loại bài tập theo từng dạng giúp học sinh dễ nhớ, dễ hiểu và dễ vận dụng. Đây là giải pháp quan trọng nhất, vì có hệ thống bài tập khái quát thì học sinh mới có một cái nhìn tổng thể và rõ ràng về dạng bài tập này và từ đó phân loại, vận dụng linh hoạt khi giải toán. * Xây dựng các dạng bài tập điển hình xuyên suốt toàn bộ chương trình học, lập sơ đồ cây và những dạng bài tập tổng quát có tính chất khái quát và đa dạng kiểu câu hỏi. * Tham khảo thêm các tài liệu tham khảo và luôn cập nhật các dạng bài tập mới trên mạng. * Dạy học theo từng chuyên đề, từng dạng bài và thảo luận nhóm theo chuyên đề. Hệ thống bài tập được chia ra bốn chuyên đề : Chuyên đề 1: Cơ học Chuyên đề 2: Nhiệt học Chuyên đề 3: Điện học Chuyên đề 4: Quang học 7 CHUYÊN ĐỀ I: CƠ HỌC A. Lí thuyết 1. Khối lượng: Công thức: m = D.V 2. Khối lượng riêng, trọng lượng riêng a. Khối lượng riêng: b. Trọng lượng riêng m V P d= V D= = 10.m m = 10. ; d = 10D V V 3. Chuyển động cơ học s Công thức: s S = v.t ; t = v= t v 4. Lực - Hai lực cân bằng 5. Lực đẩy Acsimet – Sự nổi: - Một vật khi nhúng chìm trong chất lỏng chịu tác dụng của lực đẩy Ác-si-mét có: + Điểm đặt trên vật + Phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên + Độ lớn bằng trọng lượng của khối chất lỏng bị vật chiếm chỗ FA = d.V - Điều kiện để vật chìm, lơ lửng, nổi trong chất lỏng: + Khi P > FA (dv > dl) thì vật chìm xuống dưới. + Khi P = FA (dv = dl ) thì vật lơ lửng. + Khi P < FA (dv < dl ) thì vật nổi lên trên. 6. Công cơ học. - Điều kiện để có công cơ học: + Có lực tác dụng lên vật. + Có sự chuyển dời của vật. - Công thức tính công cơ học: A = F.s 7. Định luật về công: Không một máy cơ đơn giản nào cho ta lợi về công. Được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt hại bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại. A1 � 100% Hiệu suất: H = A2 Với A1 = Ph ; A2 = Fs = Fl F1 l2  F2 l1 - Điều kiện cân bằng của đòn bẩy. 8. Công suất: Công thức: P = 8 A t B. Bài tập * Dạng 1: Xác định khối lượng, thể tích của vật. Bài 1. Đo khối lượng chiếc bút bi ( gần đúng), Cho dụng cụ gồm: + Cân thăng bằng và quả cân 10g + Bao diêm đầy chứa các que diêm có khối lượng rất gần bằng nhau. Hướng dẫn giải: Bước 1: + Đặt quả cân 10g lên đĩa cân bên phải, lấy các que diêm (x que) bỏ lên đĩa bên trái đến khi hai đĩa cân thăng bằng. + Tính khối lượng 1 que diêm: 10 m0   g  x Bước 2: + Đặt chiếc bút bi lên đĩa phải, y que diêm lên đĩa trái cho đến khi cân thăng bằng. + Khối lượng chiếc bút bi 10 m  . y g  x Bài 2. Xác định khối lượng trung bình của một hạt thóc. Với dụng cụ gồm: một ống nghiệm chia độ, một bình hình trụ đựng nước, một nắm thóc. Hướng dẫn giải: + Cho n hạt thóc ( khoảng từ 50 đến 100 hạt) vào ống nghiệm chia độ rồi thả vào bình hình trụ chứa nước, xác định xem ống nghiệm chìm đến vạch nào của vạch chia độ. + Vớt ống nghiệm ra và đổ hết thóc ra rồi đổ dần nước vào ống nghiệm cho ống nghiệm chìm đến vạch cũ. + Xác định thể tích nước V trong ống nghiệm. + Tính khối lượng nước m = Dn.V chính là khối lượng của n hạt thóc. + Khối lượng trung bình của một hạt thóc: m0  m n * Dạng 2: Xác định thể tích của vật. Bài 1. Xác định thể tích và bán kính của viên bi. Cho dụng cụ gồm: Bình chia độ, dầu hỏa, một số bi xe đạp cần xác định thể tích và bán kính. Biết thể tích V của vật hình cầu và bán kính R của nó liên hệ nhau theo công thức Hướng dẫn giải: + Đổ dầu vào bình chia độ có thể tích V1. + Thả N viên bi vào bình dầu dâng lên có thể tích V2. + Thể tích của N viên bi V = V2 – V1 9 4 V  R 3 3 V2  V1 N + Thể tích của 1 viên bi: V0  4 3 + Bán kính viên bi: V0  R 3  R 3 3V0 4 Bài 2. Cho một quả cân có khối lượng m làm từ hai kim loại A và B, khối lượng riêng của từng kim loại lần lượt là D1, D2. a) Dùng 1 bình chia độ đủ lớn và một lượng nước cần thiết. Hãy nêu cách làm thí nghiệm để xác định thể tích của quả cân. b) Xác định tỉ lệ về thể tích của kim loại A và B trong quả cân theo m, D 1, D2 và thể tích quả cân. Hướng dẫn giải: Lấy một lượng nước vừa đủ cho vào bình chia độ (đủ để ngập quả cân và khi cho quả cân vào nước không trào ra ngoài) Ghi số đo mực nước ban đầu (a) Cho quả cân vào bình, ghi mực nước mới (b) Lấy V = b – a được thể tích quả cân Gọi thể tích thể tích của kim loại A và kim loại B trong quả cân lần lượt là V 1, V2 (V1,V2 > 0) Ta có V = V1 + V2 � V1 = V – V2 Lại có m = D1V1 + D2V2 � m = D1(V- V2) + D2V2 � m = D1V – D1V2 + D2V2 � V2 = m  D1V D2  D1 m  D2V D2V  m Tương tự V1 = D  D = D  D 1 2 2 1 V DV m 1 2 Do đó V  m  D V 2 1 * Dạng 3: Xác định khối lượng riêng, trọng lượng riêng của vật. Bài 1. Em hãy nêu phương án xác định khối lượng riêng của một hòn đá có hình dạng bất kỳ với những dụng cụ sau: Hòn đá, lực kế, bình đựng nước, biết nước có khối lượng riêng là D, dây buộc có tiết diện nhỏ, khối lượng không đáng kể, không biến dạng. Hướng dẫn giải: Dùng dây buộc hòn đá, sau đó dùng lực kế móc vào dây để cân trọng lượng của hòn đá ngoài không khí ta được giá trị là P. Mặt khác P = 10.D 0.V (1). Với D0 là khối lượng riêng của hòn đá, V là thể tích của hòn đá. Thả hòn đá chìm hoàn toàn vào trong bình đựng nước (hòn đá vẫn được treo ở lực kế) ta thấy lực kế chỉ giá trị P0. Lực đẩy Ácsimét của nước tác dụng vào hòn đá: FA = d.V = 10.D.V 10 Ta có: P0 = P - FA = P - 10.D.V P -Po �V = (2) 10.D P Từ (1) và (2) ta suy ra : D0 = P -P D 0 Bài 2. Hãy tìm cách xác định khối lượng riêng của thủy ngân. Cho dụng cụ gồm: + Lọ thủy tinh rỗng đủ lớn. + Nước có khối lượng riêng D. + Cân đồng hồ có độ chính xác cao, có giới hạn đo và độ chia nhỏ nhất phù hợp. Hướng dẫn giải: Dùng cân xác định khối lượng của lọ rỗng: m. Đổ nước đầy lọ rồi xác định khối lượng của lọ nước: m1 � Khối lượng nước mn = m1 – m - - m V m D Dung tích của lọ: D   V   m1  m D Đổ hết nước ra rồi đổ thủy ngân vào đầy lọ, xác định khối lượng của lọ thủy ngân m2 � Khối lượng thủy ngân: mHg = m2 – m. Dung tích của lọ không đổi nên khối lượng riêng của thủy ngân là: DHg  mHg V  m2  m D m1  m Bài 3. Một hình trụ đặt trên mặt bàn nằm ngang có chứa nước đến độ cao H = 15cm. Thả một cái bát (không đựng gì) để nó nổi trên mặt nước thì mực nước trong bình dâng lên  h = 2,5cm. Khi nhúng cho bát chìm xuống thì mực nước trong bình có độ cao bao nhiêu. Biết khối lượng riêng của nước đá D 0 = 1000kg/m3, của chất làm bát D = 5000kg/m3? Từ bài toán này hãy nêu phương án thí nghiệm để xác định khối lượng riêng của một cái bát sứ, nếu cho các dụng cụ: một bình hình trụ đựng nước, một cái thước milimet và một cái bát sứ. Hướng dẫn giải: - Thể tích của nước bị bát chiếm chỗ khi bát nổi là  V = S.  H � Bát nổi cân bằng trên mặt nước: P = FA � 10 m = 10D0  V. � m = S.  H.D0. Với S là diện tích đáy bình. � Thể tích của bát là: V = m  SΔH.D0 D D Khi nhúng chìm bát trong bình thì thể tích phần nước đã dâng lên là: D V  H. 0  H1 = S D D Mực nước trong bình có độ cao : H1 = H +  H1 = H +  H. 0 = 15,5(cm) D 11 - Từ lời giải bài toán trên suy ra phương án thí nghiệm để xác định khối lượng riêng của cái bát như sau : + Đầu tiên chưa thả cốc vào bình đo khoảng cách h 1 từ mặt nước đến miệng bình. + Thả bát nổi trong bình đo khoảng cách h1 từ mặt nước đến miệng bình � mực nước dâng lên khi bát nổi trong bình :  H = h1 - h2 + Nhấn cho bát chìm xuống, đo khoảng cách h3 từ mặt nước đến miệng bình �  H1 = h1 - h3. H h -h D Dựa vào kết quả của phần trên :  H =  H. 0 � D = D0. H  D0 . h1 - h 2 . D 1 1 3 Bài 4. Cho các dụng cụ sau: - 1 cốc nước;1 củ khoai ; muối ăn có khối lượng M đã biết, đựng trong cốc có chia độ. Hãy trình bày 1 phương án thực nghiệm để xác định khối lượng riêng của củ khoai. Hướng dẫn giải: a) Gọi khối lượng củ khoai là m1. Đổ nuớc vào cốc có chia độ (hình a) , và chờ cho muối tan hết vào nước. Đọc vạch chia độ ở thành cốc được thể tích nước muối là V; nó có khối lượng là: VD + M = m. Vậy khối lượng riêng của nước muối là : FA m M D1 = =D+ V V V Thả củ khoai vào nước muối, củ khoai sẽ nổi và mực nước muối dâng lên là V1. 1 V P Phần thể tích khoai chìm là V = V1 – V. Lực đẩy Acsimet của nước muối lên củ khoai là: FA = 10D1 V = 10(D + M )(V1 – V) V Với D: Khối lượng riêng của nước. Củ khoai nổi lên trên mặt nước muối nên lực đẩy Acsimét cân bằng với trọng lượng của nó: P = FA = 10(D + Hình a V3 V2 M )(V1 – V)= 10m1, V Hình b b) Đổ hết nước muối đi, rồi đổ vào cốc chia độ V2 nước (lã) . (hình b) Thả củ khoai vào nó chìm xuống đáy cốc, mực nước dâng lên là V3 . Vậy thể tích củ khoai là V = V3 –V2. Khối lượng riêng của củ khoai: DK = ( DV  M )(V1  V ) m1 = (V3  V2 )V V 12 * Dạng 4: Bài tập thực nghiệm có sử dụng máy cơ đơn giản Bài 1. Em cần xác định trọng lượng của một vật nhưng chỉ có một lực kế lò xo có giới hạn đo nhỏ hơn nhiều so với trọng lượng của vật, Em hãy nghĩ xem cần có thêm dụng cụ đơn giản nào để có thể dùng với lực kế xác định được trọng lượng của vật nói trên. Hướng dẫn giải: + Lấy một thanh đồng chất, hình dạng đều, có trọng lượng nhỏ so với trọng lượng của vật để làm đòn bẩy. + Vạch trên thanh các đoạn dài như nhau. + Treo vật vào điểm đầu mút một bên của thanh cách điểm tựa một đoạn l 1. Điểm đầu mút còn lại của thanh treo lực kế cách điểm tựa một đoạn l 2. Tác dụng một lực kéo F vào lực kế để thanh cân bằng. P l 2 Áp dụng điều kiện cân bằng của đòn bẩy: F  l 1 Vậy trọng lượng của vật là: l2 P=F l 1 Bài 2. Trong tay có một quả cân 500 gam, một thước thẳng bằng kim loại có vạch chia và một số sợi dây buộc. Làm thế nào để xác nhận lại khối lượng của một vật nặng 2kg bằng các vật dụng đó? Vẽ hình minh họa. Hướng dẫn giải: Chọn điểm chính giữa của thanh kim loại làm điểm tựa. Vận dụng nguyên lý đòn bẩy: + Ta buộc vật nặng tại vị trí B gần sát đầu mút của thanh kim loại, cách điểm tựa một khoảng l2. + Điều chỉnh vị trí treo quả cân đến điểm A (cách điểm tựa l 1) sao cho thanh thăng bằng nằm ngang. P1 l2 Theo nguyên lý đòn bẩy: P  l 2 1 B A Xác định tỷ lệ l2 bằng cách đo dộ dài OA và OB. l1 O 1 thì khối lượng vật nặng là 2kg. 4 Bài 3: Đo hiệu suất của mặt phẳng nghiêng. Dụng cụ: 1 lực kế, 1 mặt phẳng nghiêng (1 giá thí nghiệm, 1 máng nhựa), 1 khối gỗ hình hộp chữ nhật, 1 thước thẳng có vạch chia mm, 1 dây chỉ. Hướng dẫn giải: 1. Cơ sở lý thuyết: Gọi: P là trọng lượng của khối gỗ; h là chiều cao; l là khoảng cách từ tâm khối gỗ đến chân mặt phẳng nghiêng; F là lực kéo khối gỗ chuyển động đều đi lên theo mặt phẳng nghiêng. Ta có: Nếu tỷ lệ này là 13 - Công của trọng lực (công toàn phần): A1 = P.h - Công của lực kéo khối gỗ chuyển động đều đi lên theo mặt phẳng nghiêng (công có ích): A2 = F.l A1 P.h - Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng: H = A .100% = .100% F .l 2 2. Trình tự thực hành: - Bước 1: Đặt khối gỗ lên trên mặt phẳng nghiêng, đánh dấu vị trí khối gỗ, dùng thước đo h,l. - Bước 2: Dùng dây chỉ buộc khối gỗ vào lực kế, treo vào giá thí nghiệm. Khi khối gỗ đứng yên, đo P. - Bước 3: Đặt khối gỗ cuối mặt phẳng nghiêng. Kéo khối gỗ lên thẳng đều theo mặt phẳng nghiêng, đo F. - Lập bảng: Lần đo h l P F H 1 2 3 3. Kết quả: Giá trị trung bình: H H1  H 2  H 3 3 * Dạng 5: Bài tập về bình thông nhau. Bài 1: Cho một ống thủy tinh hình chữ U rỗng, hở 2 đầu, một cốc đựng nước nguyên chất, một cốc đựng dầu ( không hòa tan với nước ), một thước chia độ tới mm. Hãy đề xuất phương án thí nghiệm để xác định trọng lượng riêng của dầu? Hướng dẫn giải: h1 Đề xuất phương án thí nghiệm: h2 + Rót nước vào một nhánh trong ống chữ U + Rót dầu vào một nhánh còn lại, dầu nổi trên nước + Đo chiều cao của cột dầu và đo chiều cao chênh lệch cột nước ở hai nhánh Xét áp suất tại hai điểm trên cùng một mặt phẳng nằm ngang vị trí mặt phân cách giữa dầu và nước. Gọi trọng lượng riêng của dầu là d1, trọng lượng riêng của nước là d2 Đo chiều cao cột dầu là h1, chiều cao cột nước h2 h p1  p2 nên d1h1 d 2 h2  d1  2 d 2 h 1 14 Bài 2: Cho một cốc nước, một cốc chất lỏng không hòa tan trong nước và nhẹ hơn nước, một ống thủy tinh hình chữ U, một thước đo chiều dài. Hãy trình bày cách xác định khối lượng riêng của chất lỏng. A Hướng dẫn giải: h1 B Đề xuất phương án thí nghiệm: h2 C’ C + Rót nước vào một nhánh trong ống chữ U + Rót chất lỏng vào một nhánh còn lại, chất lỏng nổi trên nước do chất lỏng nhẹ hơn nước. Xét áp suất tại hai điểm trên cùng một mặt phẳng nằm ngang vị trí mặt phân cách giữa chất lỏng và nước. Gọi trọng lượng riêng của chất lỏng là d1, trọng lượng riêng của nước là d2 Đo chiều cao cột chất lỏng là h1, chiều cao cột nước h2 h h p1  p2 nên d1h1 d 2 h2  d1  2 d 2 � D1 = 2 .D2 h1 h1 Bài 3. Xác định trọng lượng riêng của dầu bằng các đồ dùng sau; ống thủy tinh chữ U (trên 2 nhánh có chia độ), phễu nhỏ, bình đựng nước và bình đựng dầu, thước đo tới mm. Cho biết trọng lượng riêng của nước d =10000 N m3 . Hướng dẫn giải: Cách làm như sau. Đổ nước vào ống chữ U, rồi đổ dầu vào nhánh A. Dầu đẩy nước trong nhánh A xuống. Gọi h,h’ là các chiều cao cột nước và cột dầu (hình vẽ) và và d,d’ trọng lượng riêng của nước và dầu: Xét một điểm M ở mặt phân cách giữa dầu và nước của nhánh A và một điểm N trong nhánh B ở cùng mặt phẳng nằm ngang qua M. Ta có pN = pM. B A h’ Với pM = d’h’ và pN = dh � dh = d’h’ d’= h hd h' N M Dùng thước đo: - Độ cao cột nước ở nhánh B tính từ đáy đến mặt nước: n - Độ cao cột nước ở nhánh B tính từ đáy đến N: m - Độ cao cột nước ở nhánh A tính từ đáy đến mặt thoáng của dầu: n’ - Độ cao cột nước ở nhánh A tính từ đáy đến M: m’ Ta có : h nm h (n  m)  � d '  d  10000 ( N / m3 ) h ' n ' m ' h' ( n ' m ' 15 CHUYÊN ĐỀ II: NHIỆT HỌC Khái quát về bài toán thực nghiệm trong chuyên đề nhiệt học: Bài toán thực nghiệm trong chuyên đề Nhiệt học là loại bài tập đòi hỏi học sinh phải vận dụng một cách tổng hợp các kiến thức lí thuyết vào thực nghiệm, các kĩ năng hoạt động trí óc và chân tay, các vốn kiến thức hiểu biết về vật lí, kĩ thuật và thực tế đời sống để tự mình xây dựng phương án, lựa chọn phương tiện. Thông thường bài toán tập trung vào yêu cầu xác định nhiệt dung riêng, nhiệt nóng chảy, nhiệt hóa hơi của các chất với các dụng cụ thí nghiệm cho trước. Xác định các điều kiện thích hợp, tự mình thực hiện thí nghiệm theo quy trình, quy tắc để thu thập, xử lí các kết quả nhằm giải quyết một cách khoa học, tối ưu bài toán cụ thể được đặt ra. Loại bài tập này vì vậy có tác dụng toàn diện trong việc đào tạo, giúp học sinh nắm vững các kiến thức, kĩ năng cơ bản về lí thuyết và thực nghiệm của môn vật lí. Muốn làm tốt kiểu bài tập này học sinh cần nắm chắc lí thuyết: A. Lí thuyết. 1. Các kiến thức cơ bản - Công thức tính nhiệt lượng: Q = m.c.t - Phương trình cân bằng nhiệt: Qtỏa = Qthu. 2. Các kiến thức cần bổ trợ - Nhiệt dung của một vật: q = mc - Nhiệt dung của các vật: q = m1c1 + m2c2 + … mncn Trong đó m1, m2, … và c1, c2 … lần lượt là khối lượng và nhiệt dung riêng của các chất cấu tạo nên vật. - Nhiệt nóng chảy:  (đọc là lam-đa), đơn vị: J/kg. Khi chất rắn nóng chảy cần cung cấp cho vật nhiệt lượng, khi chất lỏng đông đặc thì tỏa ra nhiệt lượng tính theo công thức: Q = m - Nhiệt hóa hơi: L, đơn vị J/kg. Khi chất lỏng hóa hơi cần cung cấp cho vật nhiệt lượng, khi hơi ngưng tụ nó tỏa ra nhiệt lượng tính theo công thức: Q = mL * Tóm lại: khi đun nóng một khối chất rắn thì trải qua các quá trình: + Chất rắn nóng lên đến nhiệt độ nóng chảy: Q = mcrt1 + Chất rắn nóng chảy thành chất lỏng: Q = m + Chất lỏng nóng lên đến nhiệt độ sôi: Q = m cl t2 + Chất lỏng hóa hơi: Q = mL * Quá trình làm lạnh thì ngược lại. B. Phân loại bài tập thực nghiệm nâng cao phần Nhiệt học. Dạng 1: Xác định nhiệt dung riêng của vật rắn hay chất lỏng. Dạng 2: Xác định nhiệt nóng chảy của một chất. Dạng 3: Xác định nhiệt hóa hơi của một chất. 16 Chú ý: + Để kết quả đo cuối cùng được chính xác thì trong mỗi lần đo các số liệu cần thao tác sao cho có thể hạn chế tối đa sai số của phép đo. + Trong mỗi dạng bài toán, nếu thay đổi chất cần xác định thì cách giải hoàn toàn tương tự. Nếu thay đổi các dụng cụ thí nghiệm hoặc điều kiện thì cách giải có thể trở nên hoàn toàn khác ở một số bước.Tuy vậy chúng ta vẫn tìm ra một phương pháp giải chung nhất để giúp cho học sinh dễ nhớ, dễ hiểu: * Phương pháp chung: Tạo ra sự trao đổi nhiệt giữa các vật có liên quan đã cho trong bài. Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt để rút ra đại lượng cần xác định theo yêu cầu của đề bài. Các bước cụ thể: Bước 1: Với các dụng cụ đã cho, tìm cách xác định khối lượng và nhiệt độ ban đầu của các vật có tham gia vào quá trình thực hiện trao đổi nhiệt. Cần lưu ý phương án xác định khối lượng và nhiệt độ ban đầu sao cho có tính khả thi và kết quả đo thật chính xác nhằm hạn chế sai số của phép đo, ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng của phép đo. Bước 2: Tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ của các chất tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt. Lưu ý lựa chọn vật để nung nóng cho phù hợp. Bước 3: Cho các vật tiếp xúc và trao đổi nhiệt với nhau. Xác định vật toả nhiệt, vật thu nhiệt, viết công thức tính nhiệt lượng thu vào, tỏa ra của từng vật. Bước 4: Lập phương trình cân bằng nhiệt (hoặc lập tỷ số) sau đó rút ra đại lượng cần tìm (x1 ) Bước 5: Lặp lại các bước thí nghiệm trên từ 2 đến 3 lần để lấy giá trị trung bình cho chính xác. Lưu ý: Để hạn chế sai số, ta nên đo khối lượng nước ngay trong bình nhiệt lượng kế; Khi lấy vật rắn từ bình nước nóng và cho vào nhiệt lượng kế cần thực hiện một cách nhanh chóng tránh mất mát nhiệt ra môi trường. * Dạng 1: Xác định nhiệt dung riêng của một chất. Bài 1: Hãy chỉ ra phương án xác định nhiệt dung riêng của một chất lỏng bằng các dụng cụ: nước (đã biết nhiệt dung riêng C n), nhiệt lượng kế (đã biết nhiệt dung riêng Ck), nhiệt kế, cân, bộ quả cân, bình đun và bếp điện. Xem chất lỏng không gây một tác dụng hóa học nào khác trong suốt thời gian thí nghiệm. Hướng dẫn giải. + Dùng cân xác định khối lượng mk của nhiệt lượng kế. + Đổ chất lỏng vào nhiệt lượng kế, dùng cân xác định khối lượng m 1 của chất lỏng có nhiệt dung riêng C cần xác định, đo nhiệt độ t1 của chất lỏng + Đun nước đến nhiệt độ t2 rồi rót vào nhiệt lượng kế (đã có chất lỏng trong đó). + Đo nhiệt độ khi cân bằng nhiệt t, rồi cân nhiệt lượng kế để xác định khối lượng nước vừa đổ vào (m2). Khi có cân bằng nhiệt : m2cn.(t2 - t) = (mkck + m1.c).(t - t1) 17 Vậy : c = 1 cn m2 (t 2  t ) (  mk ck ) m1 t  t1 Bài 2: Nêu phương án xác định nhiệt dung riêng của một vật rắn (c) với các dụng cụ sau: Nước (đã biết nhiệt dung riêng c 2), nhiệt lượng kế (đã biết nhiệt dung riêng c1), nhiệt kế, cân và bộ quả cân, bình đun, bếp điện, dây buộc. Hướng dẫn giải. + Dùng cân xác định khối lượng của vật rắn (m); khối lượng nhiệt lượng kế (m1) + Đổ một ít nước vào nhiệt lượng kế (Lưu ý lượng nước đủ để nhúng ngập hoàn toàn vật rắn), Dùng cân xác định khối lượng của nhiệt lượng kế có nước bên trong (M), suy ra khối lượng nước m2 = M – m1 + Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước trong nhiệt lượng kế (t1), đây cũng là nhiệt độ ban đầu của nhiệt lượng kế. + Đổ một ít nước vào bình đun (Lưu ý lượng nước đủ để nhúng ngập hoàn toàn vật rắn), Dùng dây buộc vật rắn và nhúng ngập hoàn toàn vật rắn vào trong bình đun. Dùng bếp điện nung nóng nước và vật rắn trong bình đun. + Sau một khoảng thời gian dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước trong bình đun (t2), đó cũng là nhiệt độ của vật rắn. + Lấy nhanh vật ra khỏi bình đun và thả vật vào nhiệt lượng kế, đo nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt (t). + Ta có: Nhiệt lượng vật tỏa ra : Qtỏa = m.c.(t2 - t) Nhiệt lượng do nhiệt lượng kế và nước trong nhiệt lượng kế thu vào : Qthu = (m1.c1 + m2.c2 )(t – t1 ) Theo phương trình cân bằng nhiệt Qtỏa = Qthu m.c.(t2 - t) = (m1.c1 + m2.c2 )(t – t1 ) ( m1c1  m2 c2 )(t  t1 ) �c  m(t 2  t ) + Ta có: Nhiệt lượng bình chia độ và nước trong bình chia độ tỏa ra + Lặp lại thí nghiệm từ 2 đến 3 lần để lấy giá trị trung bình cho chính xác. Lưu ý: Vì trong các dụng cụ đã cho không có cân nên việc xác định khối lượng của nước và nước đá phải thông qua khối lượng riêng và thể tích. Bài toán tương tự: Hãy trình bày một phương án xác định nhiệt dung riêng của một chất lỏng L không có phản ứng hoá học với các chất khi tiếp xúc. Dụng cụ gồm : 01 nhiệt lượng kế có nhiệt dung riêng là C K, nước có nhiệt dung riêng là C n, 01 nhiệt kế, 01 chiếc cân rôbecvan có bộ quả cân, hai chiếc cốc giống hệt nhau (cốc có thể chứa khối lượng nước hoặc khối lượng chất lỏng L lớn hơn khối lượng của nhiệt lượng kế), bình đun và bếp đun. 18 Hướng dẫn giải. + Bước 1: Dùng cân để lấy ra một lượng nước và một lượng chất lỏng L có cùng khối lượng bằng khối lượng của NLK. Thực hiện như sau: Lần 1 : Trên đĩa cân 1 đặt NLK và cốc 1, trên đĩa cân 2 đặt cốc 2. Rót nước vào cốc 2 cho đến khi cân bằng, ta có mn = mK. Lần 2 : Bỏ NLK ra khỏi đĩa 1, rót chất lỏng L vào cốc 1 cho đến khi thiết lập cân bằng. Ta có : mL = mn = mK + Bước 2 : Thiết lập cân bằng nhiệt mới cho mL, mN và mK. - Đổ khối lượng chất lỏng mL ở cốc 1 vào NLK, đo nhiệt độ t1 trong NLK. - Đổ khối lượng nước mn vào bình, đun đến nhiệt độ t2. (t2>t1) - Rót khối lượng nước mN ở nhiệt độ t2 vào NLK, khuấy đều. Nhiệt độ cân bằng là t. + Bước 3 : Theo phương trình cân bằng nhiệt Qtỏa = Qthu (mKcK + mLcL)(t-t1) = mncn(t2-t) cL = mn cn (t2  t )  mK cK (t  t1 ) mL (t  t1 ) + Lặp lại thí nghiệm từ 2 đến 3 lần để lấy giá trị trung bình cho chính xác. Lưu ý: Cần đặc biệt chú ý bài toán cho cân Rôbecvan nhưng không có bộ quả cân nên không thể xác định cụ thể khối lượng của các vật tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt. ở đây ta chọn phương án xác định khối lượng các vật tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt là bằng nhau nên khi lập phương trình cân bằng nhiệt ta đã giản ước hết. Dạng 2: Xác định nhiệt nóng chảy của một chất: Bài toán: Nêu phương án xác định nhiệt nóng chảy của nước đá với các dụng cụ sau: một bình chia độ đã biết khối lượng m và nhiệt dung riêng c, một nhiệt kế, một cốc nước (đã biết nhiệt dung riêng c1 ), một cục nước đá trong bình cách nhiệt có nước. Hướng dẫn giải: + Đổ một ít nước vào bình chia độ, xác định thể tích của nước mới đổ vào (V 1) suy ra khối lượng nước mới đổ vào m1 = D. V1 + Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước trong bình chia độ (t 1), đây cũng là nhiệt độ ban đầu của bình chia độ. + Đổ một ít nước đá vào bình chia độ (nước đá đang ở 0 0C). Khi nước đá tan hết xác định thể tích của nước trong bình chia độ (V2) suy ra khối lượng nước đá m2 = D. V2 – m1 + Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước trong bình chia độ (t2 ) Đây cũng là nhiệt độ của bình chia độ. Q tỏa = (m.c + m1.c1).(t1 - t) với t là nhiệt độ cân bằng của hệ. Nhiệt lượng do nước đá thu vào để nóng chảy và tăng nhiệt độ lên t2 Q thu = m2 + m2c2(t-t2) 19 Theo phương trình cân bằng nhiệt Qtỏa = Qthu (m.c + m1.c1).(t1 - t) = m2 + m2c2(t-t2) � = (mc  m1c1 )(t1  t )  m2 c2 (t  t2 ) m2 Dạng 3: Xác định nhiệt hóa hơi của một chất: Lưu ý: Cần khai thác dữ kiện của đề bài là “bếp điện có công suất không đổi” để thiết lập phương trình. Bài toán: Lập phương án xác định nhiệt hóa hơi của nước với các dụng sau : nước( đã biết nhiệt dụng riêng cn), bình đun( biết nhiệt dung riêng c2), bếp điện, nhiệt kế, đồng hồ, cân và bộ quả cân. Hướng dẫn giải. + Dùng cân để cân bình m2. + Cho một lượng nước nhỏ vào bình rồi đem cân cả bình và nước có khối lượng M. Suy ra khối lượng nước m = M –m2 + Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước t1 + Đun nước đến sôi đồng thời dùng đồng hồ đo T1, khi nước bắt đầu sôi đo nhiệt độ t2 và theo dõi đồng hồ đun nước thêm một thời gian nữa T2. + Cân lại bình (M’) để xác định lượng nước đã hóa hơi m3 = M – M’ Coi như bếp tỏa nhiệt đều, có thể coi như lượng nước và bình hấp thụ tỉ lệ thuận với thời gian đun : � (mcn  m2c2 )(t 2  t1 ) T1  Lm3 T2 � L= 20 (mcn  m2 c2 )(t 2  t1 )T2 m3T1
- Xem thêm -