Tài liệu Hướng dẫn phương pháp và rèn kĩ năng giải bài tập vật lý 8, 9

PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1. Cơ sở lý luận: Trong việc nâng cao chất lượng giáo dục nói chung và chất lượng bộ môn nói riêng. Việc cải tiến phương pháp dạy học là một nhân tố quan trọng, bên cạnh việc bồi dưỡng kiến thức chuyên môn, việc phát huy tính tích cực của học sinh có ý nghĩa hết sức quan trọng. Bởi vì, xét cho cùng, công việc giáo dục phải được tiến hành trên cơ sở tự nhận thức, tự hành động, việc khơi dậy phát triển ý thức năng lực tư duy, bồi dưỡng phương pháp tự học là con đường phát triển tối ưu của giáo dục. Bài tập vật lý có tác dụng rất lớn cả 3 mặt: Giáo dục, giáo dưỡng và giáo dục kỹ thuật tổng hợp. Tác dụng của nó là càng tích cực nếu trong qúa trình dạy học có sự lựa chọn cẩn thận các hệ thống bài tập chặt chẽ về nội dung, thích hợp về phương pháp và bám sát mục đích dạy học ở trường THCS. Hệ thống các bài tập lựa chọn phải đảm bảo được tính mục đích của dạy học Vật lí và khắc sâu kiến thức, đảm bảo tính thực tiễn phù hợp với nhu cầu tâm lý, tính cách của học sinh. Trong chương trình Vật lí THCS, đa số bài tập trong sách giáo khoa và sách bài tập thường là những vấn đề không quá phức tạp, có thể giải được bằng những suy luận lô gíc, bằng tính toán hoặc thực nghiệm dựa trên cơ sở những quy tắc, tính chất, định luật vật lí... đã học. Do đó, hướng dẫn phương pháp và rèn kĩ năng giải bài tập vật lý là một khâu quan trọng trong quá trình dạy và học Vật lí. Việc giải bài tập Vật lí giúp củng cố đào sâu, mở rộng những kiến thức cơ bản của bài giảng, xây dựng củng cố kỹ năng kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, là biện pháp cơ bản để phát triển năng lực tư duy của học sinh, từ đó phát triển trí tuệ, thể chất và thẩm mỹ, có tác dụng sâu sắc về mặt giáo dục đạo đức. Vì thế trong việc giải bài tập Vật lí mục đích cơ bản không phải chỉ là tìm ra đáp số, mà mục đích chính của việc giải là ở chỗ học sinh hiểu được sâu sắc hơn các khái niệm, định luật Vật lí, vận Trang 1 dụng chúng vào những vấn đề thực tế trong cuộc sống, trong lao động. 2. Cơ sở thực tiễn: Qua thực tế giảng dạy ở trường THCS TT Văn Giang, đặc biệt là dạy Vật lí cho thấy học sinh thì lại rất ít được thâm nhập thực tế nên khả năng áp dụng kiến thức đã học vào giải bài tập còn hạn chế, học sinh còn gặp rất nhiều khó khăn, lúng túng khi giải các bài tập Vật lí, điều này ít nhiều ảnh hưởng đến chất lượng dạy và học. Có nhiều học sinh ham mê học bộ môn Vật lí, nhưng khi làm các bài tập vật lí các em thường lúng túng trong việc định hướng giải, có thể nói hầu như các em chưa biết cách giải, cũng như trình bày lời giải. Thực trạng nêu trên có thể do một số nguyên nhân sau: + Học sinh chưa có phương pháp tổng quan để giải một bài tập Vật lí. + Học sinh chưa biết vận dụng các kiến thức, định luật Vật lí.... + Nội dung cấu trúc chương trình sách giáo khoa mới không dành nhiều thời lượng cho việc hướng dẫn học sinh giải bài tập hay luyện tập (đặc biệt là chương trình vật lí ở các lớp: 6, 7, 8) thường là lồng ghép trong tiết lí thuyết, dẫn đến học sinh không có điều kiện bổ sung, mở rộng và nâng cao kiến thức cũng như được hướng dẫn hình thành phương pháp và rèn kĩ năng giải bài tập vật lý. Có những em nhận thức còn sai, có những em hiểu vấn đề nhưng lại không biết diễn đạt, trình bày không lô gic, không khoa học.... Các em chưa hiểu sâu, hiểu kĩ các kiến thức Vật lý, còn thụ động trong lĩnh hội kiến thức. Trong khi chữa bài tập, nhiều học sinh vẫn còn thờ ơ, nhiều học sinh chỉ cần kết quả đối chiếu, thậm chí vẫn còn học sinh chưa biết tóm tắt bài toán bằng các kí hiệu Vật lý, cách đổi ra đơn vị cơ bản...đặc biệt là chưa giải thích được các hiện tượng Vật lý trong đời sống và kĩ thuật. Bên cạnh đó có những HS còn lười tìm hiểu, chỉ phụ thuộc vào giáo viên yêu cầu hay hướng dẫn gì thì làm đấy, không phát huy được tinh thần tự học, tự giác làm bài tập. Do đó đa số các em vẫn sợ học môn Vật lý và vẫn thường truyền miệng câu “khó như Lý,....”. Trang 2 Cụ thể, trước khi thực hiện đề tài này tôi khảo sát chất lượng của học sinh thông qua bài kiểm tra có đề bài như sau: Để có 500gam nước ở nhiệt độ 18oC để pha thuốc rửa ảnh,người ta lấy nước cất ở 60oC trộn với nước cất ở nhiệt độ 4 oC. Hỏi đã dùng bao nhiêu lượng nước mỗi loại? Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với vỏ bình. Kết quả thu được với học sinh ở khối lớp 8 như sau: Sĩ Khối 8 số 112 Giỏi SL 4 % 3,5 Khá SL 19 TB % 17, SL 44 % 39,3 0 Yếu Kém SL % 45 40, 2 Những sai sót của học sinh: + Kí hiệu các đại lượng chưa khoa học dẫn đến xác định không chính xác độ tăng(giảm) nhiệt độ t. + Không thiết lập được mối liên hệ: m1= 0,5- m2 (Kg). + Chuyển vế các hạng tử chưa đổi dấu ... Có rất nhiều nguyên nhân chủ quan và khách quan để dẫn đến kết quả bài làm của học sinh còn chưa cao là: Một là, học sinh chưa tìm hiểu kỹ đề bài. Hai là, học sinh chưa xác lập được mối liên hệ của các dữ kiện xuất phát với cái phải tìm. Ba là, kiến thức toán học - đặc biệt là kỹ năng luận giải của học sinh còn nhiều hạn chế. Bốn là, phân phối chương trình Vật lí 8 chưa có tiết bài tập để giáo viên định hướng chi tiết các bước giải bài tập và luyện kỹ năng giải bài tập cho học sinh. Chính vì vậy, trong quá trình giảng dạy tôi đã chú trọng hình thành cho học sinh kĩ năng phân tích bài toán, rèn cho học sinh kĩ năng trình bày lời giải bài tập. Do đó, tôi đã viết lại kinh nghiệm: “Hướng dẫn phương pháp và rèn Trang 3 kĩ năng giải bài tập vật lý 8, 9" nhằm giúp học sinh nắm chắc được kiến thức cơ bản, mở rộng và hiểu sâu kiến thức, biết vận dụng vào thực tế. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Tôi đã rút ra được một số kinh nghiệm về việc "Hướng dẫn phương pháp và rèn kĩ năng giải bài tập vật lý 8, 9 " với mục đích áp dụng kinh nghiệm này trong giảng dạy nhằm: Rèn luyện cho học sinh biết vận dụng lý thuyết vào giải bài tập, thông qua việc giải bài tập các em lại hiểu sâu lý thuyết hơn, từ đó giúp học sinh phát triển khả năng tư duy, phân tích và tổng hợp các kiến thức đã học. Như thế các em hình thành các kiến thức có hệ thống, hiểu chắc và hiểu sâu các kiến thức hơn. Từ đó nâng cao được chất lượng học tập bộ môn, xây dựng cho các em hứng thú học tập và lòng yêu thích bộ môn, giúp cho quá trình giảng dạy nói chung và môn vật lí nói riêng đạt hiệu quả tốt nhất. PHẦN II.GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ. I. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: 1. Nghiên cứu lí luận về phương pháp giải bài tập Vật lí. 2. Nghiên cứu lí luận về sử dụng bài tập vật lí trong dạy học Vật lí. 3. Nghiên cứu chương trình nội dung kiến thức các bài học Vật lí ở cấp THCS. 3. Nghiên cứu sự tiếp thu kiến thức đã học của học sinh và khả năng vận dụng các kiến thức đó vào giải quyết các bài tập cụ thể. 4. Nghiên cứu các dạng bài tập điển hình và cách giải quyết các dạng bài tập đó trong phạm vi chương trình vật lí THCS, đặc biệt là phân loại bài tập vật lí. I.1. Sơ đồ phân loại bài tập vật lí * Phân loại theo phương tiện giải : Trang 4 Bài tập vật lí Bài tập giải thích hiện tượng Bài tập dự đoán hiện tượng Bài tập định tính Bài tập định lượng Bài tập thí nghiệm Bài tập đồ thị Bài tập thực nghiệm * Phân loại theo mức độ Bài tập vật lí Bài tập tập dượt Bài tập tổng hợp Bài tập sáng tạo Ngoài việc nắm vững kiến thức, để có kỹ năng tốt trong việc giải bài tập Vật lí đòi hỏi học sinh phải nắm vững phương pháp giải cũng như cách trình bày lời giải, phải có kỹ năng phân loại được các dạng bài tập. Trong các tiết dạy luyện tập và tiết lý thuyết có lồng ghép chữa bài tập, tôi đã hướng dẫn học sinh: + Trình tự giải một bài tập vật lí. + Hai phương pháp suy luận để giải các bài tập vật lí. + Áp dụng phương pháp giải bài tập vật lí vào một số bài tập cơ bản. I.2. Trình tự giải một bài tập vật lí. - Phương pháp giải một bài tập Vật lí phụ thuộc nhiều yếu tố: mục đích yêu cầu của bài tập, nội dung bài tập, trình độ của các em, v.v... Tuy nhiên trong cách giải phần lớn các bài tập Vật lí cũng có những điểm chung. - Thông thường khi giải một bài tập vật lí cần thực hiện theo trình tự sau đây: Trang 5 Bước 1. Đọc kỹ đầu bài - Đọc kỹ đầu bài (khác với thuộc đầu bài), tìm hiểu ý nghĩ của những thuật ngữ, yêu cầu học sinh đọc những vấn đề có liên quan, hiểu kỹ hơn một số điều mà sách giáo khoa không có điều kiện nói kỹ; có thể phát biểu tóm tắt, ngắn gọn, chính xác: bài tập cho biết gì? Cần phải tìm gì? - Bài liên quan tới những kiến thức gì đã học (Định lí, tính chất... gì?) -Tóm tắt đầu bài bằng cách dùng các ký hiệu chữ đã quy ước để viết các dữ kiện và ẩn số, đổi đơn vị các dữ kiện cho thống nhất phù hợp với yêu cầu bài tập. - Vẽ hình, nếu bài tập có liên quan đến hình vẽ hoặc nếu cần phải vẽ hình để diễn đạt đề bài. Cần vẽ đúng tỉ lệ xích, trên hình vẽ cần ghi rõ dữ kiện cái đã cho và cái cần tìm. * Thí dụ ở bài khảo sát (mục 2- phần I) các dữ kiện xuất phát và cái phải tìm có thể được trình bày vắn tắt như sau: m= 500g = 0,5Kg; t= 18oC   m2, t m1, t1 t1=60oC; t2=4oC; c1=c2=c m1? m2? m,t Bước 2. Phân tích nội dung bài tập, lập kế hoạch giải. - Phân tích nội dung làm sáng tỏ bản chất vật lý, xác lập mối liên hệ của các dữ kiện có liên quan tới công thức nào rút ra cái cần tìm. Tìm sự liên hệ giữa những cái chưa biết (ẩn) và những cái đã biết (dữ kiện) - Nếu chưa tìm được trực tiếp các mối liên hệ ấy thì có thể phải xét một số bài tập phụ để gián tiếp tìm ra mối liên hệ ấy. - Nếu là bài định tính cần phân tích kỹ hiện tượng và những hiện tượng, kiến thức có liên quan từ đó tìm ra mối liên hệ và định hướng giải. - Xác định phương hướng và kế hoạch giải. * Thí dụ ở bài tập khảo sát mục 2-phần I- các mối liên hệ cụ thể đã xác lập được là: Trang 6 + Do t1 > t2  nước ở 60oC đóng vai trò là vật toả nhiệt; nước ở 4 oC đóng vai trò là vật thu nhiệt. Khi có cân bằng nhiệt xảy ra, áp dụng phương trình cân bằng nhiệt Ta có: Qtoả = Qthu  m1ct1 = m2ct2  m1(t1-t) = m2(t-t2) (1) + Mặt khác theo bài ta có: m1 = m - m2 (2) Bước 3. Thực hiện kế hoạch giải. - Chọn công thức thích hợp kế hoạch giải, thành lập các phương trình nếu cần. Chỉ rõ tính chất, định luật... đã sử dụng. Tôn trọng trình tự phải theo để thực hiện các chi tiết của dự kiến, nhất là khi gặp một bài tập phức tạp. - Thực hiện các phép tính số học, đại số hoặc hình học. Giáo viên hướng dẫn học sinh làm quen dần với cách giải bằng chữ và chỉ thay giá trị bằng số của các đại lượng trong biểu thức cuối cùng. - Khi tính toán bằng số, phải chú ý đảm bảo những trị số của kết quả đều có ý nghĩa. * Thí dụ ở bài tập khảo sát mục 2 - phần I, việc liên hệ phương trình (1), (2) đã xác lập được cho lết quả phải tìm là khối lượng nước m2,, m1 là: m2  3 1 m  0,375(kg ) và m1  m  0,125(kg ) . 4 4 * Chú ý: Hoạt động giải bài tập trong thực tế có khi không thấy tách bạch rõ bước thứ ba với bước thứ hai như nói ở trên. Không phải bao giờ chúng ta cũng xác lập xong các phương trình rồi mới bắt đầu luận giải với các phương trình để rút ra kết quả cần tìm. Có thể là sau khi xác lập được mối liên hệ vật lí cụ thể nào đó, thì ta thực hiện ngay sự luận giải với mối liên hệ đó (biến đổi phương trình đó), rồi tiếp sau đó mới lại xác lập một mối liên hệ vật lý khác. Nghĩa là sự biến đổi các phương trình cơ bản đã xác lập được xen kẽ với việc tiếơ tục xác lập các phương trình cơ bản tiếp theo. Tuy nhiên ở đây ta vẫn thể hiện hai hoạt động kế tiếp nhau. Đó là việc vận dụng kiến thức vật lý vào điều kiện cụ thể của bài tập để xác lập mối Trang 7 liên hệ cụ thể nào đó và việc trộn giải tiếp theo với mối liên hệ đã xác lập được này. Vì vậy khi khái quát hoá phương trình giải 1 bài tập ta vẫn có thể chỉ ra được đâu là phương trình cơ bản cụ thể cần xác lập để sự luận giải từ các phương trình đó cho phép rút ra kết luận cần tìm. Bước 4. Kiểm tra đánh giá kết quả. - Kiểm tra lại giá trị của kết quả: Có đúng không? Vì sao? Có phù hợp với thực tế không? Lập luận đã chặt chẽ chưa? Bài giải có thuyết phục không? - Kiểm tra lại các phép tính: có thể dùng các phép tính nhẩm và dùng cách làm tròn số để tính cho nhanh nếu chỉ cần xét độ lớn của kết quả trong phép tính. - Nếu có điều kiện, nên phân tích, tìm một cách giải khác, đi đến cùng một kết quả đó. Kiểm tra xem còn con đường nào ngắn hơn không. Từ đó chọn cách giải hay nhất. * Thí dụ trong bài tập khảo sát ở mục 2 -phần I, khi thực hiện phép tính ta thu được kết quả (m1, m2) có đơn vị là kg đúng là đơn vị khối lượng. Khối lượng tính được: m1=0,125 (kg) và m2=0,375 (kg) đều dương và nhỏ hơn m=0,5kg như vậy là phù hợp. Áp dụng các bước giải trên khi luyện tập cho học sinh kỹ năng giải hai bài tập cân bằng nhiệt tôi thường hướng dẫn học sinh trình bày theo trình tự sau: * Ghi ở cột bên trái tất cả các nhiệt lượng (Q 1, Q2…) cho bởi các vật toả nhiệt trong quá trình trao đổi nhiệt. * Ghi ở cột bên phải tất cả các nhiệt lượng (Q' 1, Q'2…) cho bởi các vật thu nhiệt trong quá trình trao đổi nhiệt. * Viết phương trình cân bằng nhiệt dưới dạng đẳng thức của tổng các nhiệt lượng cho và tổng các nhiệt lượng thu trong quá trình trao đổi nhiệt: Q1 + Q2 + … = Q'1 + Q'2 + … * Giải phương trình để xác định đại lượng cần tìm. *Chú ý: Trong công thức Q = mct đơn vị của khối lượng m là (Kg); của nhiệt dung riêng c là (J/Kg.K); của t là (oK). Khi thay số ta tính Q Trang 8 theo đơn vị Jun (J) nhưng lưu ý học sinh đơn vị nhiệt độ trong nhiệt giai Xen xi út kí hiệu là oC và trong nhiệt giải Kenvin kí hiệu là K. Khi tính độ tăng (giảm) nhiệt độ t theo oC hay K đều có giá trị đại số như nhau và khi tính Q ta không cần thiết phải chuyển đổi nhiệt giải trong quá trình giai toán. Tóm tắt các bước giải bài tập vật lý theo sơ đồ Bài tập vật lý Cho gì? Vẽ Hỏi gì? Dữ kiện (tóm tắt) Hiện tượng – Nội dung Bản chất vật lý Kế hoạch giải Chọn công thức Cách giải Kiểm tra - đánh giá, biện luận I.2. Hai phương pháp suy luận để giải các bài tập vật lí. Xét về tính chất thao tác của tư duy, khi giải các bài tập vật lí, người ta thường dùng phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp. a) Giải bài tập bằng phương pháp phân tích. - Theo phương pháp này, xuất phát điểm của suy luận đại lượng cần tìm. Người giải phải tìm xem đại lượng chưa biết này có liên quan với những đại lượng Vật lí nào khác và một khi biết sự liên hệ này thì biểu diễn nó thành những công thức tương ứng. Nếu một vế của công thức là đại lượng cần tìm còn vế kia chỉ gồm những dữ liệu của bài tập thì công thức ấy cho ra đáp số của bài tập. Nếu trong công thức còn những đại lượng khác chưa biết thì đối với mỗi đại lượng đó, cần tìm một biểu thức liên hệ với nó Trang 9 với các đại lượng Vật lí khác; cứ làm như thế cho đến khi nào biểu diễn được hoàn toàn đại lượng cần tìm bằng những đại lượng đã biết thì bài toán đã được giải xong. Như vậy cũng có thể nói theo phương pháp này, ta mới phân tích một bài tập phức tạp thành những bài tập đơn giản hơn rồi dựa vào những quy tắc tìm lời giải mà lần lượt giải các bài tập đơn giản này. Từ đó tìm dần ra lời giải của các bài tập phức tạp nói trên.  Thí dụ ta hãy dùng phương pháp phân tích để giải bài tập sau:  Đề bài: Người ta dùng một loại dây hợp kim đồng có tiết diện 10 mm 2 và có điện trở suất là 0,4.10-4  m để làm một lò sưởi điện sưởi ấm một gian phòng. Hỏi cần phải lấy chiều dài của dây dẫn này là bao nhiêu để duy trì nhiệt độ của phòng luôn luôn không đổi nếu mỗi giờ gian phòng này bị mất một nhiệt lượng bằng 2970 000J qua các cửa sổ và các bức tường. Biết nguồn điện cung cấp cho lò sưởi có điện áp là 220V.  Hướng dẫn giải: - Đại lượng cần tìm ở đây là chiều dài của dây hợp kim. Ta tìm mối liên hệ giữa chiều dài của dây dẫn với các đại lượng khác trong bài. - Ta biết rằng muốn nhiệt độ của phòng luôn luôn không đổi thì trong mỗi giờ nhiệt lượng lò sưởi cung cấp phải bằng nhiệt lượng mà phòng mất đi. Nhiệt lượng do lò sưởi cung cấp tương đương với điện năng mà lò sưởi tiêu thụ. Điện năng lại phụ thuộc điện trở của dây hợp kim đồng. Điện trở này lại do chiều dài của dây qui định. * Nếu gọi chiều dài của dây là l, điện trở của dây là R, điện trở suất của nó là  và tiết diện của nó là S, thì chiều dài của dây dẫn liên hệ với l R =  S điện trở của nó bằng công thức: l Do đó: R.S  (1) * Trong biểu thức của chiều dài có một đại lượng mới chưa biết đó là điện trở R của dây. Điện trở này đo bằng tỉ số của hiệu điện thế U với cường Trang 10 R độ dòng điện I qua dây: U I (2) * Đại lượng mới chưa biết là cường độ dòng điện I thì liên hệ với các đại lượng khác bằng định luật Ôm và bằng công thức biểu diễn năng lượng A do dòng điện toả ra. Ta đã dùng định luật Ôm trong (2). Vậy mối liên hệ giữa I và A là: A = I.U.t trong đó t là thời gian dòng điện chạy qua dây; từ đó suy ra: I A U .t (3) * Trong công thức trên, điện năng tính ra Jun. Điện năng này tương đương với nhiệt lượng Q mà dòng điện cung cấp (và với nhiệt lượng mà gian phòng mất đi) trong thời gian t theo biểu thức: Q =A (4) ở vế phải của biểu thức (4), tất cả các đại lượng đều đã biết. Bây giờ cần thay thế biểu thức sau vào biểu thức trước và cứ thế đi dần từ biểu thức cuối lên biểu thức đầu: I - Thay (4) vào (3) được: - Thay (3)’ vào (2) được: ’ - Thay (2) vào (1) được Q U .t R (3)’ U 2 .t Q U 2 .t.S l Q. (2)’ (1)’ -Thay các đại lượng trên bằng các trị số của chúng vào (1)’ +Với:U = 220 V t = 1h = 3600s S = 10 mm2 = 10.10-4 m2 Q = 2 970 000 J  = 0,4.10-4  m 2202.3600.1,5.104  220(m) + Ta được: l  2970000.0, 4.104 - Vậy chiều dài dây hợp kim đồng là 220m. Trang 11 b) Giải bài tập bằng phương pháp tổng hợp. Theo phương pháp này, suy luận không bắt đầu từ các đại lượng cần tìm mà bắt đầu từ các đại lượng đã biết có nêu trong bài. Dùng công thức liên hệ các đại lượng này với các đại lượng chưa biết, ta đi dần đến công thức cuối cùng trong đó chỉ có một đại lượng chưa biết là đại lượng cần tìm. Theo phương pháp tổng hợp, bài tập nêu trong ví dụ trên có thể giải như sau: * Muốn nhiệt độ trong phòng luôn luôn không đổi thì nhiệt lượng do dòng điện qua lò sưởi toả ra trong một thời gian t nào đó (ở đây là 1giờ) phải bằng nhiệt lượng Q mà gian phòng mất đi trong thời gian đó. Theo định luật Jun - Len xơ thì. Q = I2.R.t (1) trong đó R là điện trở của dây dẫn của lò sưởi, I là cường độ dòng điện qua lò sưởi. * Theo định luật Ôm, ta có: U R I (2) * Nhưng điện trở của dây dẫn lại phụ thuộc kích thước và bản chất R của dây dẫn theo công thức: l S (3) trong đó  là điện trở suất, l là chiều dài của dây dẫn, S là tiết diện của dây dẫn. * Thay các biểu thức (2) và (3) vào biểu thức (1), ta được: U 2 .t l . S (4) U 2 .t.S Q. (1)’ Q l - Từ đó rút ra: - Thay các đại lượng trên bằng trị số của chúng, ta được: l 220 2.3600.1,5.10 4  220(m) 2970000.0, 4.104 - Vậy chiều dài dây hợp kim đồng là 220m. Trang 12 Như vậy dùng phương pháp tổng hợp, ta cũng tìm được chiều dài của dây lò sưởi như khi dùng phương pháp phân tích. Nhìn chung, khi giải bất kỳ một bài toán vật lí nào ta đều phải dùng cả hai phương pháp: phân tích và tổng hợp. Phép giải bắt đầu bằng cách phân tích các điều kiện của bài tập để hiểu được đề bài. Phải có một sự tổng hợp kèm theo ngay để kiểm tra lại mức độ đúng đắn của sự phân tích các điều kiện ấy. Muốn lập được kế hoạch giải, phải đi sâu vào phân tích nội dung vật lí của bài tập. Tổng hợp những dữ kiện đã cho với những quy luật vật lí đã biết, ta mới xây dựng được lời giải và kết quả cuối cùng. Như vậy ta có thể nói là trong quá trình giải bài tập vật lí ta đã dùng phương pháp phân tích - tổng hợp. I.3. Áp dụng phương pháp giải bài tập vật lí vào một số bài tập cơ bản. I.3.1.Bài toán 1. Hai người cựng xuất phát một lúc từ hai địa điểm A và B cách nhau 75km. Người thứ nhất đi xe máy từ A về B với vận tốc 25km/h.Người thứ hai đi xe đạp từ B ngược về A với võn tốc V2=12,5km/h. Hỏi sau bao lõu hai người gặp nhau và xác định chỗ gặp nhau đó.Coi chuyển động của hai người là đều . *Tìm hiểu các điều kiện đã cho của bài và phân tích:. ? Bài toán cho biết gì? yêu cầu tìm gì? ? Bài thuộc dạng toán gì? Có những đại lượng nào tham gia? Mối quan hệ giữa các đại lượng ấy là gì? *Bài giải. Gọi S1và S2 là quóng đường mỗi người đó đi cho đến lúc gặp nhau.G là điểm gặp nhau. A→ G S1 Trang 13 ←B S2 Ta cú: S1 = V1.t Hay S1 = 25.t S2 = V2.t Hay S2 = 12,5.t Khi hai người gặp nhau thỡ:S1 +S2 = 75km 75 Hay: 25.t +12,5.t = 75  t  25  12,5  2 giờ Vậy sau 2 giờ hai người gặp nhau. Vị trớ gặp nhau cách A một đoạn: AG = S1 = 25.2 =50km I.3.2.Bài toán 2. Người ta thả một thỏi đồng nặng 0,4kg ở nhiệt độ 80 0c vào 0,25kg nước ở t2=180c. Hãy xác định nhiệt độ cân bằng. Cho nhiệt dung riêng của đồng và nước lần lượt là c 1 = 400 J/kg.K; c 2 = 4200 J/kg.K HD Giải . Gọi nhiệt độ khi cân bằng của hỗn hợp là t . Ta có phương trình cân bằng nhiệt của hỗn hợp như sau m1 .c1 .(80  t )  m2 .c2 (t  18) Thay số vào ta có t = 26,20 Nhận xét. Đối với bài tập này thì đa số học sinh giải được nhưng qua bài tập này thì giáo viên hướng dẫn học sinh làm đối với hỗn hợp 3 chất lỏng và tổng quát lên n chất lỏng Bài 2.1. Bỏ một quả cầu đồng thau khối lượng 1 kg được nung nóng đến 100o C vào trong thùng sắt có khối lượng 500g đựng 2kg nước ở 20o C. Bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường.Tìm nhiệt độ cuối cùng của nước. Biết nhiệt dung riêng của đồng thau, sắt, nước lần lượt là: c 1= 380 J/kg.K; c2=460 J/kg.K; c3= 4200 J/kg.K.  Hướng dẫn giải: * Tìm hiểu các điều kiện đã cho của bài. - Tóm tắt: m1 = 1 kg - Khối lượng của quả cầu đồng thau, c1 = 380 J/kg.K thùng sắt và nước. t1 = 100o C - Nhiệt độ ban đầu của quả cầu đồng m2 = 500g = 0,5 kg Trang 14 thau, thùng sắt và nước. c2 = 460 J/kg.K - Nhiệt dung riêng của chất cấu tạo t2 = 20o C nên các vật. m3 = 2kg c3 = 4200 J/kg.K t3 = t 2 t? * Phân tích bài toán. - Đây là bài toán trao đổi nhiệt của một hệ vật (gồm 3 vật). Điều quan trọng phải hiểu rằng bài toán yêu cầu tìm nhiệt độ cuối cùng của nước, nhưng cũng là nhiệt độ chung của hệ khi kết thúc quá trình trao đổi nhiệt. Để giải bài toán này cần áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Qtoả ra =Qthu vào - Do vậy phải xác định được những vật nào là vật toả nhiệt, những vật nào là vật thu nhiệt, viết được công thức tính nhiệt lượng toả ra vào hay thu vào của các vật: Q = mc  t -Với lưu ý rằng trong bài toán này nhiệt độ ban đầu của hai vật thu nhiệt (thùng sắt và nước) là bằng nhau(t2 = t3). - Trên cơ sở phương trình cân bằng nhiệt vừa lập được kết hợp với dữ kiện đã cho của bài toán để suy ra đại lượng cần tìm (t). *Bài giải. - Nhiệt lượng do quả cầu bằng đồng thau toả ra khi hạ nhiệt độ từ 100o C đến to C (nhiệt độ khi có cân bằng nhiệt) là: Q1 = m1.c1(t1 - t) - Nhiệt lượng mà thùng sắt (Q2) và nước (Q3) thu vào để tăng nhiệt độ từ 20o C đến to C là: Q2 = m2.c2(t - t2) Q3 = m3.c3(t -t2) (1) (2) - Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta có: Q1 = Q2 + Q3 từ (1),(2) và (3)  (3) m1.c1(t1 - t) = m2.c2(t - t2) + m3.c3(t - t2) Trang 15  t (m1c1 + m2c2 + m3c3) = m1c1t1 + (m2c2 + m3c3) t2  t= m1c1t1  ( m2 c2  m3 c3 )t2 m1c1  m2 c2  m3 c3 - Thay các đại lượng trên bằng trị số của chúng ta được: 1.380  (0,5.460  2.4200).20 t = 1.380  0,5.460  2.4200  19, 2(o C ) - Vậy nhiệt độ cuối cùng của nước là 19,2 oC. GV hướng dẫn học sinh đặt ra bài toán tổng quát như sau Bài 2.3.. Một hỗn hợp gồm n chất lỏng có khối lượng lần lượt là m1 , m2 ,......mn và nhiệt dung riêng của chúng lần lượt là c1 , c2 .......cn và nhiệt độ là t1 , t 2 ........t n . Được trộn lẩn vào nhau. Tính nhiệt độ của hỗn hợp khi cân bằng nhiệt Hoàn toàn tương tự bài toán trên ta có nhiệt độ cân bằng của hỗn hợp khi cân bằng nhiệt là t= m1 .c1 .t1  m2 .t 2 .c2  m3 .c3 .t 3  ........  mn t n cn m1 .c1  m2 .c2  m3 .c3  .........  mn cn Từ đây có thể hướng dẫn học sinh đưa ra bài toán mới từ bài 2.1 trên. Bài 2.4. Một hỗn hợp gồm ba chất lỏng không có tác dụng hoá học với nhau có khối lượng lần lượt là : m1  1kg , m2  2kg , m3 kg. Biết nhiệt dung riêng và nhiệt độ của chúng lần lượt c1  2000 J / kg.K , t1  100 C , c2  4000 J / kg.K , t2  100 C , c3  3000 J / kg.K , là t3  500 C . Nhiệt độ hỗn hợp khi cân bằng là t = 20,50C. Tính khối lượng m3 . Bài 2.5. Một hỗn hợp gồm ba chất lỏng không có tác dụng hoá học với nhau có khối lượng lần lượt là : m1  1kg , m2  2kg , m3 = 3 kg. Biết nhiệt dung riêng và nhiệt độ của chúng lần lượt là c1  2000 J / kg.K , t1  100 C, c2  4000 J / kg.K , t2  100 C, c3  3000 J / kg.K , t30C . Nhiệt độ hỗn hợp khi cân bằng là t = 20,50C. Tính nhiệt độ t3. Trong bài tập phần nhiệt học, học sinh cũng hay lúng túng khi tính nhiệt lượng hoặc khối lượng của các chất trong đó không có (hoặc có) sự mất mát nhiệt lượng do môi trường. Bài 3. Một thau nhôm khối lượng 0,5kg đựng 2kg nước ở 200c. Trang 16 a. Thả vào thau nước một thỏi đồng có khối lượng 200g lấy ra ở lò. Nước nóng đến 21,20c. Tìm nhiệt độ của bếp lò. Biết nhiệt dung riêng của nhôm, nước,đồng lần lượt là c1  880 J / kgK ; c2  4200 J / kgK ; c3  380 J / kgK . Bỏ qua sự toả nhiệt ra môi trường b. Thực ra trong trường hợp này, nhiệt toả ra môi trường là 10% nhiệt lượng cung cấp cho thau nước. Tính nhiệt độ thực sự của bếp lò Nhận xét: ở bài toán này khi giải cả hai câu a,b thì không phải là khó nhưng so với các bài toán khác thì bài này có sự toả nhiệt lượng ra môi trường nên khi giải giáo viên cân làm rõ cho học sinh thấy sự toả nhiệt ra môi trường ở đây là đều nên 10% nhiệt toả ra môi trường chính là nhiệt lượng mà nhôm và nước tỏa ra môi trường, khi đó giải học sinh sẽ không nhầm lẫn được HD Giải. a) Gọi t0clà nhiệt độ của bếp lò, cũng là nhiệt độ ban đầu của thỏi đồng Nhiệt lượng thau nhôm nhận được để tăng từ t1  200C đến t 2  21,20C Q1  m1c1 .(t 2  t1 ) ( m1 là khối lượng thau nhôm ) Nhiệt lượng nước nhận được để tăng từ t1  200Cđến t 2  21,20C Q2  m2 c2 (t 2  t1 ) m2 là khối lượng nước Nhiệt lượng đồng toả ra để hạ từ t0c đến t 2  21,20C Q3  m3 c3 (t  t 2 ) ( m3 khối lượng thỏi đồng) Do không có sự toả nhiệt ra môi trường nên theo phương trình cân bằng nhiệt ta có: Q3  Q1  Q2  m3c3 (t 't 2 )  (m1c1  m2 c2 )(t 2  t1 ) t = (( m1c1  m2 c2 )(t 2  t1 )  m3 c3t 2 m3c3 Thay số vào ta được t = 160,780c b) Thực tế do có sự toả nhiệt ra môi trường nên phương trình cân bằng Trang 17 nhiệt được viết lại Q3  10%(Q1  Q2 )  (Q1  Q2 )  Q3  110 %(Q1  Q2 )  1,1(Q1  Q2 ) Hay m3c3 (t 't 2 )  1,1(m1c1  m2 c2 )(t 2  t1 )  t' = (( m1c1  m2 c2 )(t 2  t1 )  m3 c3t 2 + t2 m3c3 t’ = 174,740c Giáo viên cần lưu ý HS xác định các đối tượng trong bài toán, đối tượng nào thu nhiệt, đối tượng nào tỏa nhiệt. Phải tóm đề cho từng đối tượng và từng giai đọan. (Bài toán sẽ phức tạp nếu có nhiều giai đọan các đối tượng tiếp xúc nhiệt với nhau). - Phõn biệt cho rừ Qtỏa , Qthu và viết công thức tính tương ứng với từng đối tượng. - Viết phương trỡnh cõn bằng nhiệt cho từng giai đọan. - Tập hợp các phương trỡnh cõn bằng nhiệt để lập các phương trỡnh - Giải cỏc phương trỡnh ta tỡm được kết quả theo yêu cầu Để kích thích sự hứng thú, say mê học tập cho học sinh rèn thói quen tìm tòi lời giải hay cho một bài toán Vật lí. Trong một bài tập giáo viên cần hướng cho học sinh tìm nhiều cách giải (nếu có thể) và đặt một bài toán tương tự, đặt một bài toán mới từ bài toán đã cho. I.3.3.Bài toán 3. Một ấm điện có hai điện trở: R 1 = 4  và R2 = 6  . Nếu bếp chỉ dùng một điện trở R1 thì đun sôi ấm nước trong 10 phút. Tính thời gian cần thiết để đun sôi ấm nước trên khi: a. Chỉ dùng R1. b. Dùng R1 nối tiếp R2. c. Dùng R1 song song R2. (Biết không có sự mất nhiệt ra môi trường và mạng điện có hiệu điện thế không đổi).  Hướng dẫn giải: Trang 18 * Tìm hiểu các điều kiện đã cho của bài. - Cho biết giá trị của hai điện trở. - Thời gian đun sôi nước khi chỉ dùng điện trở R1. - Tóm tắt: R1 = 4  ; R2 = 6  t1 = 10 phút t2? t3? khi R1nt R2. t4? khi R1//R2. * Phân tích bài toán. -Bài toán này xuất phát từ định luật Jun-len xơ với biểu thức: Q =I2.R.t (1) trong đó nhiệt lượng mà nước thu vào bằng nhiệt lượng do các điện trở toả ra. - Theo điều kiện đầu bài thì nếu sử dụng biểu thức (1) của định luật Jun-len xơ, thì việc giải bài toán rất phức tạp hoặc không thực hiện được. Vậy ở bài toán này mối liên hệ giữa các đại lượng để tìm cấu trúc công thức rất quan trọng, đóng vai trò quyết định đến sự thành công. - Như ta đã biết từ công thức (1). Ta có thể viết được một số biểu thức tương đương trên cơ sở mối liên hệ của một số đại lượng trong công thức với các đại lượng khác, để việc tính toán không làm bài toán phức tạp. U = I.R nên (1)  Q = U.I.t Thật vậy: vì U mặt khác theo định luật Ôm: I = R nên (2)  U2 .t Q= R (2) (3) - Từ đây nên chọn công thức nào để giải bài toán, điều này đòi hỏi sự nhanh nhạy, suy diễn cao. Nếu chọn (2) thì vẫn còn đại lượng I chưa biết, do đó chọn công thức (3) - Cần biểu diễn các đại lượng cần tính. + Giá trị điện trở của ấm trong 4 trường hợp: 1/ R = R1 2/ R = R2 3/ R = R1 + R2 Trang 19 1 1 1 R .R 1 2 4/ R  R  R hay R = R  R 1 2 1 2 -Với chú ý rằng nhiệt lượng mà dây điện trở của ấm toả ra trong 4 trường hợp là như nhau. - Hiệu điện thế trong các trường hợp là không đổi. * Bài giải. - Gọi thời gian đun sôi nước trong 4 trường hợp lần lượt là: t1, t2, t3, t4. - Do không có sự mất nhiệt ra môi trường nên nhiệt lượng cần để đun sôi nước bằng nhiệt lượng mà dây điện trở của ấm toả ra. U2 .t Q= R - Áp dụng công thức: (Theo công thức (3)) cho các trường hợp ta có: a. Chỉ dùng dây R1: Q1 = U2 t1 R1 (1) b. Q2 = U2 t2 R2 (2) Chỉ dùng dây R2: từ (1) và (2)  U2 U2 t1 = t2 R1 R2  t2  c. Khi dùng R1 nối tiếp R2: từ (1) và (3) R2 6 t1  .10  15( ph) R1 4 Q3 = U2 t3 R1  R2  U2 U2 t1 = t3 R1 R1  R2  t3  (3) R1  R2 46 t1  .10  25( ph) R1 4 d. Khi dùng R1 song song R2: 1 1  2 Q4 = U   t4  R1 R2  từ (1), (2) và (4)   (4) 1 1 1   t4 t1 t2 t4  t1t2 10.15   6( ph) t1  t2 10  15 Về việc phân loại bài tập theo phương tiện giải tôi xin trình bày cụ thể với Trang 20