Tài liệu Sử dụng bài tập đồ thị nâng cao kết quả học tập chương chất khí cho học sinh lớp 10 nâng cao

MỤC LỤC I. TÓM TẮT ĐỀ TÀI...................................................................Trang II. GIỚI THIỆU ............................................................................. 1. HIỆN TRẠNG...................................................................... 2. GIẢI PHÁP THAY THÊ...................................................... 3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU................................................ 4. GIẢ THIÊT NGHIÊN CỨU................................................. III. PHƯƠNG PHÁP.......................................................................... 1. KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU............................................. 2. THIÊT KÊ............................................................................ 3. QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU.............................................. 4. ĐO LƯỜNG......................................................................... IV. PHÂN TÍCH DỮ LIỆU VÀ KÊT QUẢ....................................... 1. TRÌNH BÀY KÊT QUẢ...................................................... 2. PHÂN TÍCH DỮ LIỆU........................................................ 3. BÀN LUẬN.......................................................................... 4. HẠN CHÊ ............................................................................ V. KÊT LUẬN VÀ KHIÊN NGHI..................................................... 1. KÊT LUẬN........................................................................... 2. KHUYÊN NGHI .................................................................. VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................. VII. PHỤ LỤC CỦA ĐỀ TÀI.............................................................. Phụ lục 1: Các giải pháp đã thực hiện đối với đề tài................. 1. GIẢI PHÁP 1........................................................................ 2. GIẢI PHÁP 2........................................................................ 3. GIẢI PHÁP 3........................................................................ 4. GIẢI PHÁP 4........................................................................ Phụ lục 2: Các bài tập vận dụng ............................................... Phụ lục 3: Đề kiểm tra sau tác động ......................................... Phụ lục 4: Kết quả kiểm tra trước và sau tác động ................... 02 03 03 03 04 04 05 05 05 06 06 06 06 07 07 07 08 08 08 10 11 11 11 16 19 23 26 28 30 1 I. TÓM TẮT ĐỀ TÀI Chương chất khí là một trong những nội dung quan trọng của phần nhiệt học chương trình lớp 10 nâng cao. ở đó, các quy luật biến đổi của chất khí không tuân theo các định luật cơ học Niutơn mà học sinh thường gặp. Do đó, việc lĩnh hội kiến thức của chương đối với học sinh là không dễ dàng, đặc biệt là các bài tập về biểu diễn quá trình biến đổi của chất khí trong các hệ tọa độ khác nhau. Học sinh khi giải bài tập loại này còn rất lúng túng gặp nhiều khó khăn trong việc phân biệt dạng các đồ thị, cách chuyển đồ thị sang hệ tọa độ khác và gọi tên các quá trình biến đổi của chất khí trên đồ thị. Từ sự khó khăn này mà khi dạy bài 59 :”Áp dụng nguyên lý I nhiệt động lực học cho khí lí tưởng” -sách giáo khoa vật lí 10 nâng cao -nhiều em học sinh lại gặp khó khăn hơn. Đó cũng chính là lý do tôi chọn và thực hiện đề tài: “Sử dụng bài tập đồ thị nâng cao kết quả học tập chương chất khí cho học sinh lớp 10 nâng cao” Nghiên cứu được tiến hành trên hai lớp tương đương là lớp 10A4 và lớp 10A3 của trường THPT Yên Định 2. Lớp 10A3 là lớp thực nghiệm, lớp 10A4 là lớp đối chứng. Lớp thực nghiệm 10A3 được dạy sử dụng bài tập đồ thị chất khí. Trong đề tài, phần nghiên cứu tôi đưa ra sơ đồ để ghi nhớ các kiến thức giúp các em học sinh hiểu sâu về kiến thức đó để nhớ chính xác và được lâu, tiếp đó tôi đưa ra phương pháp vẽ đồ thị căn cứ vào phương trình hàm số, các dạng bài tập cơ bản và phương pháp giải tương ứng, bài tập vận dụng các phương pháp đó và cuối cùng là các bài tập tự luyện nhằm giúp các em có kĩ năng giải bài tập. Kết quả như sau: Trước tác động thì điểm trung bình môn học kỳ I của lớp thực nghiệm là 7,3; của lớp đối chứng là 7,1. Giá trị của phép kiểm chứng T-test p = 0,133709 > 0,05 (hai lớp được coi là tương đương). Sau tác động điểm trung bình bài kiểm tra của lớp thực nghiệm là 8,1; của lớp đối chứng là 7,2. Như vậy, lớp thực nghiệm có kết quả cao hơn lớp đối chứng. Kết quả kiểm tra T-test cho thấy p = 0,00000061 < 0,05 có nghĩa là có sự khác biệt lớn giữa bài kiểm tra của lớp thực nghiệm và đối chứng. Điều đó chứng tỏ rằng việc sử dụng bài tập đồ thị đã làm tăng kết quả ôn luyện và vận dụng kiến thức chương chất khí cho học sinh lớp lý 10 ban KHTN. 2 II. GIỚI THIỆU 1. HIỆN TRẠNG Khi giảng dạy chương chất khí lớp 10 tôi nhận thấy hầu hết các em học sinh đều rất lúng túng khi làm các bài tập về chất khí bởi đây là phần có nhiều dạng bài tập, có nhiều công thức cần nhớ và việc áp dụng các công thức toán học tương đối phức tạp, dễ nhầm lẫn. Trong đó, khó khăn lớn nhất của các em là việc xác định bài toán thuộc dạng nào để ra đưa phương pháp giải phù hợp cho việc giải bài toán đó. Trong quá trình giảng dạy, tôi nhận thấy học sinh thường chỉ biết làm những bài tập đơn giản, còn những bài tập yêu cầu phải có khả năng phân tích đề hoặc tư duy, nhớ lâu và chính xác kiến thức để vận dụng thì còn nhiều hạn chế. Các bài tập về đồ thị chất khí đã được viết không nhiều. Tuy vậy, một số các tài liệu đó chủ yếu viết cho học sinh khá và giỏi tự đọc và có thể hiểu ngay vấn đề và áp dụng vào các bài tập khác, còn đối với đa số học sinh thì việc tự nghiên cứu các tài liệu để nắm kiến thức là vô cùng khó khăn chính, hay nhầm lẫn kiến thức, chưa hiểu rõ mối liên hệ giữa các công thức và đặc biệt là học sinh rất khó nhớ. 2. GIẢI PHÁP THAY THÊ Để giúp cho học sinh dễ dàng nắm được kiến thức và vận dụng tốt các phương pháp cơ bản giải các bài toán trong các đề thi thuộc chương chất khí nên tôi đã thực hiện đề tài này. Thực tế giảng dạy nhiều khóa học sinh, tôi nhận thấy vấn đề các em học sinh hay mắc phải là học từng bài thì có hiểu, nhưng để nhớ các kiến thức đó được lâu và hiểu rõ sự logic liên quan giữa các bài học thì các em chưa làm tốt. Chương chất khí có các phương trình diễn tả sự biến đổi chất khí nên tôi đã chú trọng sử dụng bài tập đồ thị chất khí để diễn tả các quá trình biến đổi chất khí. Việc sử dụng phương pháp này hướng tới nhiều mục đích: rèn luyện kỹ năng vẽ và đọc đồ thị, kỹ năng tư duy logic hiểu được diễn biến của các quá trình, và điều quan trọng hơn là kỹ năng ghi nhớ kiến thức phương trình cla-pê-rôn -Menâã-lê-ép, phương trình trạng thái khí lí tưởng, các phương trình diễn tả các định luật chất khí. Việc sử dụng bài tập đồ thị sẽ tạo ra hiệu quả cao và tiết kiệm được thời gian hơn trong quá trình làm bài tập chương chất khí. Từ đó nâng cao chất lượng của các bài kiểm tra, tạo hứng thú học tập cho học sinh. 3 3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Giúp các em học sinh có thể hiểu và vận dụng tốt kiến thức giải thông thạo các dạng bài tập cơ bản về bài tập chất khí và có những kĩ năng tốt trong việc làm các bài tập phần nhiệt học. Tìm cho mình một phương pháp để tạo ra không khí hứng thú và lôi cuốn nhiều học sinh tham gia giải các bài tập môn vật lý, đồng thời giúp các em đạt được kết quả cao trong các kỳ thi. Đưa ra phương pháp chung để giải một số dạng bài tập. Việc nghiên cứu đề tài này nhằm giúp học sinh củng cố được kiến thức, rèn luyện được phương pháp giải các loại bài tập, nâng cao chất lượng học tập bộ môn vật lý. 4. GIẢ THIÊT NGHIÊN CỨU Sử dụng bài tập đồ thị chất khí sẽ làm nâng cao chất lượng học tập chương chất khí cho học sinh lớp 10 ban KHTN. 4 III. PHƯƠNG PHÁP 1. KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU Tôi lựa chọn học sinh lớp 10A3 và lớp 10A4 trường THPT Yên Định 2 để nghiên cứu vì hai lớp có lực học tương đương nhau, kết quả điểm trung bình môn học kì I là gần tương đồng nhau. Cả hai lớp trên đều do tôi giảng dạy. Đề tài nghiên cứu sử dụng bài tập đồ thị giải một số bài tập chương chất khí thuộc chương trình lớp 10 nâng cao. 2. THIÊT KÊ - Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài. - Trình bày kiến thức cơ sở sách giáo khoa về các định luật và phương trình chất khí. - Phương pháp suy luận tìm ra kiến thức liên quan đến các dạng bài tập về đồ thị chất khí. - Đưa ra các bài tập áp dụng trong từng dạng để học sinh luyện tập. - Kiểm tra sự tiếp thu của học sinh bằng các đề ôn luyện. - Đánh giá, đưa ra sự điều chỉnh phương pháp cho phù hợp từng đối tượng học sinh. - Chọn lớp 10A3 làm lớp thực nghiệm, lớp 10A4 là lớp đối chứng. Tôi dùng điểm trung bình môn học kì I-môn Vật lý làm bài kiểm tra trước tác động. Kết quả cho thấy điểm trung bình của hai nhóm có sự khác nhau, do đó chúng tôi dùng phép kiểm chứng T- test để kiểm chứng sự chênh lệch trung bình về điểm số của hai nhóm trước khi tác động. Bảng so sánh điểm trung bình của bài kiểm tra trước tác động Nhóm Số HS Giá trị trung bình Thực nghiệm 45 7,3 Đối trứng 46 7,1 Chênh lệch giá trị trung bình chuẩn( SMD) Độ lệch chuẩn (SD) 0,792 0,866 0,304 p 0,134 Ta thấy p = 0,134 > 0,05 nên sự chênh lệch về điểm số trung bình của hai nhóm là không có ý nghĩa, hai nhóm được coi là tương đương. 5 Kiểm tra trước và sau tác động với nhóm tương tương Nhóm Kiểm tra trước tác động Thực nghiệm 01 Đối chứng 02 Kiểm tra sau tác động Tác động Sử dụng bài tập đồ thị chất khí Không sử dụng bài tập đồ thị chất khí 03 04 Dùng phép kiểm chứng T-test độc lập. 3. QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU a. Sự chuẩn bị bài của giáo viên: - Lớp 10A4 (lớp đối chứng): Dạy theo phương pháp thông thường. - Lớp 10A3 (lớp thực nghiệm): Giáo viên biên soạn tài liệu về phương pháp đồ thị có hướng dẫn cụ thể phương pháp và cách làm, sau đó giáo viên lên lớp giảng dạy cho học sinh nội dung bài tập của từng phương pháp, ra bài tập cho các em tự làm để nắm vững các phương pháp. b. Tiến hành dạy thực nghiệm: - Dạy trên lớp theo phân phối chương trình - Dạy thêm buổi chiều tại trường 1 buổi/tuần. 4. ĐO LƯỜNG - Trước tác động: tôi lấy điểm trung bình môn học kỳ I làm căn cứ xác định 2 nhóm là tương đương. - Bài kiểm tra sau tác động là bài kiểm tra do tôi biên soạn gồm một số bài tập về đồ thị chất khí (xem phụ lục). - Tiến hành kiểm tra và chấm bài. IV. PHÂN TÍCH DỮ LIỆU VÀ KÊT QUẢ 1. TRÌNH BÀY KÊT QUẢ: Bảng so sánh điểm trung bình của bài kiểm tra sau tác động Điểm trung bình Độ lệch chuẩn Giá trị p của T- test Chênh lệch giá trị trung bình chuẩn( SMD) Thực nghiệm 8,1 0,821 Đối chứng 7,2 0,673 0,00000061 1,263 2. PHÂN TÍCH DỮ LIỆU 6 Như trên đã chứng minh: kết quả 2 nhóm trước tác động là tương đương. Sau tác động kiểm chứng chênh lệch điểm trung bình bằng t-test cho kết quả p=0,00000061 < 0,05. Đây là kết quả rất có ý nghĩa, tức là sự chênh lệch kết quả điểm trung bình nhóm thực nghiệm cao hơn nhóm đối chứng không phải do ngẫu nhiên mà do kết quả của tác động. 8,1  7, 2 Giá trị SMD = 0, 673 =1,263 theo bảng tiêu chí Cohen cho thấy mức độ ảnh hưởng của dạy học có sử dụng tài liệu tự học đến kết quả là rất lớn. Như vậy, giả thuyết của đề tài đã được kiểm chứng. 3. BÀN LUẬN - Điểm trung bình bài kiểm tra sau tác động của nhóm thực nghiệm là là 8,1; của nhóm đối chứng là 7,2. Chứng tỏ điểm trung bình của hai lớp có sự khác nhau rõ rệt. Lớp thực nghiệm có điểm cao hơn lớp đối chứng. - Chênh lệch giá trị trung bình chuẩn (SMD) của hai bài kiểm tra là 1,263. Chứng tỏ biện pháp tác động có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả. - Phép kiểm chứng T-test điểm trung bình bài kiểm tra sau tác động của hai lớp 10A3 và 10A4 là p = 0,00000061 < 0,05. Kết quả này khẳng định sự chênh lệch điểm trung bình của hai nhóm không phải do nhẫn nhiên mà do kết quả tác động. 4. HẠN CHÊ Để có thể sử dụng phương pháp đồ thị chất khí đòi hỏi học sinh phải tìm tòi và tự học tự nghiên cứu dựa trên sự hướng dẫn của giáo viên. Để có thể giải tốt được các bài tập chương chất khí đòi hỏi học sinh phải có kĩ năng và kiến thức vững vàng. Giáo viên phải hướng dẫn các em một cách cẩn thận và tỉ mỉ. 7 V. KÊT LUẬN VÀ KHUYÊN NGHI 1. KÊT LUẬN Sử dụng phương pháp đồ thị chất khí sẽ giúp các em làm bài tập một cách hiệu quả trong thời gian ngắn nhất và đạt kết quả cao. Kiến thức của học sinh về chương chất khí ngày càng được củng cố và phát triển sau khi nắm vững sau khi vận dụng bài tập đồ thị chất khí.Qua thời gian giảng dạy tôi thấy rằng với việc phân loại bài tập như trên đã giúp học sinh có cái nhìn đúng đắn và hứng thú hơn khi học chương chất khí. Các em không còn túng túng bỡ ngỡ khi gặp các bài tập này: - Học sinh biết cách biểu diễn các đẳng quá trình biến đổi của chất khí và chọn dạng phương trình nào cần để áp dụng. - Học sinh lĩnh hội được phương pháp biểu diễn các quá trình biến đổi của chất khí trong các hệ tọa độ khác nhau, xác định được chiều diễn biến và gọi tên các quá trình tương ứng. - Học sinh biết cách chứng minh hoặc so sánh thông số của các trạng thái của chất khí bằng đồ thị. - Học sinh đã hệ thống được các công thức và dạng các đồ thị diễn tả các định luật thực nghiệm, từ đó khắc sâu và nhớ lâu được nội dung kiến thức. Thực tế giảng dạy cho thấy việc sử dụng phương pháp đồ thị học sinh hiểu và áp dụng được phương pháp giải các bài tập tương đối dễ dàng, chính xác. Tuy nhiên, chắc chắn đề tài không tránh khỏi những thiếu sót trong cách phân dạng cũng như cách giải các bài tập minh họa. Rất mong nhận được những nhận xét, góp ý của các bạn đồng nghiệp để đề tài ngày càng hoàn chỉnh, đóng góp vào kho phương pháp giải bài tập vật lý hay và có hiệu quả. 2. KHUYÊN NGHI Giáo viên thường xuyên tự học, tự bồi dưỡng để nâng cao trình độ chuyên môn. Dạy học kết hợp sử dụng phương pháp đồ thị để tạo cho học sinh thói quen ghi nhớ và làm đúng bài tập chương chất khí. Đề tài đã được thử nghiệm ở trường phổ thông, xong việc áp dụng còn ở một phạm vi hẹp. Do vậy, để đề tài được kiểm nghiệm và mang lại hiệu quả thiết thực hơn cần được thử nghiệm trên một phạm vi rộng hơn, Mặc dù đã cố gắng rất nhiều và đề tài cũng đã đạt được những kết quả nhất định, xong chắc chắn không tránh khỏi những thiếu xót, tác giả rất mong 8 nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô trong tổ vật lý trường THPT Yên Định 2 nói riêng và các bạn đồng nghiệp nói chung. Xin trân trọng cảm ơn! Thanh Hóa, ngày 16 tháng 05 năm 2013 Xác nhận của thủ trưởng đơn vị Người viết Tôi xin cam đoan đây là NCKHSPƯD của mình viết, không sao chép nội dung của người khác. Nguyễn Văn Tường VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO 9 1. Vật Lí 10 Nâng cao - Nguyễn Thế Khôi, Phạm Quý Tư, Lê Trọng Tường, Lương Tất Đạt, Lê Chân Hùng, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Đình Thiết, Bùi Trọng Tuân - Sách giáo khoa Nhà xuất bản GD - 2006. 2. Bài tập vật lí 10 Nâng cao - Lê Trọng Tường, Lương Tất Đạt, Lê Chân Hùng, Phạm Đình Thiết, Bùi Trọng Tuân - Nhà xuất bản GD - 2006. 3. Giải toán Vật lí 10 - Tập 2- Bùi Quang Hân, Trần Văn Bồi, Phạm Ngọc Tiến, Nguyễn Thành Tương - Nhà xuất bản GD - 1999. 4. Tuyển tập đề thi Olympic 30 - 4 vật lý 11 lần thứ VIII - 2002 - Sở GD -ĐT Thành Phố HCM -Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong - Nhà xuất bản GD 2012 VII. PHỤ LỤC CỦA ĐỀ TÀI Phụ lục 1: Các giải pháp đã thực hiện đối với đề tài 1. Giải pháp 1: Biểu diễn các đẳng quá trình biến đổi của chất khí sang hệ khác. 10 1.1. Cơ sở lý thuyết: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng: 1.1.1. Quá trình đẳng nhiệt: + Dạng 1: T = const + Dạng 2: P.V = const  Nếu biểu diễn trong hệ (P,T) hoặc (V,T)  dùng dạng 1 (hình 1a,b).  Nếu biểu diễn trong hệ (P,V) P pV = const T  dùng dạng 2 (hình 1c). P V hçnh 1 0 T 0 0 T V 1.1.2. Quá trình đẳng tích: + Dạng 1: V = const + Dạng 2: p = const T  Nếu biểu diễn trong hệ (V,T) hoặc (P,V)  dùng dạng 1 (hình 2a,b).  Nếu biểu diễn trong hệ (P,T)  dùng dạng 2 (hình 2c). V P P hçnh 2 0 0 T 0 V T 1.1.3. Quá trình đẳng áp: + Dạng 1: P = const + Dạng 2: V = const T  Nếu biểu diễn trong hệ (P,T) hoặc (P,V)  dùng dạng 1 (hình 3a,b).  Nếu biểu diễn trong hệ (V,T)  dùng dạng 2 (hình 3c). P P V hçnh 3 0 T 0 V 0 T 11 1.1.4. Xác định chiều diễn biến và gọi tên các quá trình. + Căn cứ vào sự thay đổi của các thông số trạng thái P,V, T dựa trên đồ thị đã có hoặc dựa vào dữ kiện đề ra. + Viết chúng dưới dạng kí hiệu. T T : nung nóng : làm lạnh V V : giãn nở : nén T = const : đẳng nhiệt V = const : đẳng tích Ví dụ: Quá trình 1-2: P T = const: đẳng nhiệt  giãn nở đẳng nhiệt P : giãn nở V P 1 2 0 1 2 V 0 T * Ghi nhớ kiến thức: 1/ Mỗi đẳng quá trình ta nêu cả 2 dạng phương trình thì mới diễn tả đầy đủ sự thay đổi 3 thông số trạng thái p, V, T. 2/ Bảng tổng hợp hình dạng đồ thị và các phương trình tương ứng: Phương trình Cla-pê-rôn –Men-đê-lê-ép pV  M RT   RT   không đổi Phương trình trạng thái của khí lí tưởng p1V1 p2V2 pV  = const � T T2 1 T Định luật Định luật Định luật Bôi-lơ-ma-ri-ốt Sác- Lơ Gay-Luy-Xắc Quá trình đẳng nhiệt Quá trình đẳng tích V = const Quá trình đẳng áp p = const 12 T = const p = const T pV = const p V 1 V = const T V V1 T1  a2 > a1  đồ thị T2 ở trên T1 (hình vẽ). 3.1.2. Quá trình đẳng tích : P= const .T V + Quá trình đẳng tích V1: V1 P V2 const P = V .T = b1.T 1 + Quá trình đẳng tích V2: 0 const P = V .T = b2.T 2 T Nếu V2 > V1  b2 < b1  đồ thị V2 ở dưới V1(hình vẽ). 3.1.3. Quá trình đẳng áp: V= const .T p + Quá trình đẳng áp P1: V= P1 V P2 const .T = c1.T p1 + Quá trình đẳng áp P2: const V = p .T = c2.T 2 0 T Nếu P2 > P1  c2 < c1  đồ thị P2 ở dưới P1(hình vẽ). 3.2. áp dụng giải các dạng toán. 3.2.1 Bài toán ví dụ 1: Hình bên biểu diễn các đường đẳng nhiệt của một lượng khí ứng với các nhiệt độ khác nhau T1, T2. CMR T1 < T2. P T2 0 T1 V 19 Hướng dẫn Cách 1: Sử dụng dạng phương trình toán học pV T .const a = const P = = T V V T .const a + Đường đẳng nhiệt T1: P = 1 = 1 V V T .const a + Đường đẳng nhiệt T2: P = 2 = 2 V V Phương trình trạng thái: Vì đường T2 ở trên T1  a2 > a1 T2.const >T1.const  T2 > T1 (đpcm). Cách 2: - Vẽ đường đẳng tích cắt hai đường đẳng nhiệt tại I và II (hình vẽ). Khi p T 1 1 đó, ta có: p  T < 1 (vì Pv < P2) 2 2  T1 < T2 (đpcm). P 3.2.2. Bài toán ví dụ 2: Hình bên biểu diễn 2 đường đẳng tích của một lượng khí ứng với các thể tích V1,V2. CMR: V2 > V1. V1 V2 0 T Hướng dẫn Cách 1: pV const = const  P = .T = b.T T V const + Đường đẳng tích V1: P = V .T = b1.T (b: là hệ số góc) 1 Phương trình trạng thái: const + Đường đẳng tích V2: P = V .T = b2.T 2 const Vì đường V1 ở trên V2  b1 > b2  V 1 const > V 2  V2 > V1 (đpcm). Cách 2: - Vẽ đường đẳng nhiệt cắt 2 đường đẳng tích tại I và II. 20