TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÝ

NGUYỄN THỊ NHƢ Ý

SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG DẠY HỌC
MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
VẬT LÍ (10 THPT)

Chuyên ngành: Lí luận và Phƣơng pháp dạy học bộ môn Vật lí
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
Th.S NGUYỄN ANH DŨNG

HÀ NỘI, 2015


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong tổ
Phƣơng Pháp dạy học bộ môn Vật lí – Trƣờng đại học Sƣ phạm Hà Nội 2, đặc
biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy giáo – ThS
Nguyễn Anh Dũng đã tận tình hƣớng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu
và thực hiện đề tài.
Em xin cám ơn Ban giám hiệu, tập thể giáo viên tổ Vật lí – Công nghệ ở
trƣờng THPT Dƣơng Xá – Gia Lâm – Hà Nội đã tạo điều kiện giúp em hoàn
thành khóa luận tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã quan tâm động viện và
tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành đề tài này.
Hà Nội, tháng 5 năm 2015
Sinh viên

nghiệm ............................................................................................................. 11
1.3. Những đặc điểm, yêu cầu mới của chƣơng trình vật lí phổ thông ........... 11
CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VỀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VÀO TRONG
DẠY HỌC MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ HỌC CỔ ĐIỂN VẬT LÍ 10 THPT 13
2.1 Một số thí nghiệm có thể sủ dụng trong dạy học Vật lí 10 THPT ............ 13
2.1.1 Thí nghiệm khảo sát định luật I Niu-tơn trên đệm không khí (Thí
nghiệm 1)......................................................................................................... 13
2.1.2 Thí nghiệm nghiệm lại định luật II Niu-tơn với thiết bị đồng hồ rung
(Thí nghiệm 2) ................................................................................................. 14
2.1.3 Thí nghiệm nghiệm lại định luật bảo toàn động lƣợng (Thí nghiệm 3) 17


2.2 Thiết kế tiến trình dạy học một số định luật cơ học cổ điển trong SGK vật
lí 10 .................................................................................................................. 20
2.2.2 Tiến trình dạy học bài “Định luật II Niu-tơn” SGK Vật lí 10 Nâng cao.
......................................................................................................................... 28
2.2.3. Tiến trình dạy học bài “Động lƣợng Định luật bảo toàn động lƣợng”
SGK Vật lí 10 .................................................................................................. 38
CHƢƠNG 3: DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM.................................. 54
3.1. Mục đích của TNSP ................................................................................. 54
3.2. Nhiệm vụ của TNSP................................................................................. 54
3.3. Đối tƣợng thực nghiệm ............................................................................ 54
3.4. Tiến hành thực nghiệm............................................................................. 54
3.4.1. Chuẩn bị TNSP ..................................................................................... 54
3.4.2. Tiến hành THSP .................................................................................... 55
3.5. Phân tích kết quả TNSP ........................................................................... 55
3.5.1 Phân tích định tính ................................................................................. 55
3.5.2 Phân tích định lƣợng .............................................................................. 56
KẾT LUẬN CHUNG ...................................................................................... 58
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................ 59


Trung học phổ thong

TNSP

Thực nghiệm sƣ phạm


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Vật lí học là một khoa học thực nghiệm. Trong giảng dạy vật lí, thực
nghiệm là một công cụ vô cùng quan trọng để học sinh có thể học tập chiếm
lĩnh kiến thức, qua đó học sinh một lần nữa thêm tin tƣởng vào tính đúng đắn,
chân thực khách quan của các định lí, định luật vật lí. Nếu những kiến thức
trong sách giáo khoa không đi kèm với các thí nghiệm kiểm chứng mà bắt
buộc học sinh phải thừa nhận thì sẽ khiến học sinh không có hứng thú nhiều
với bài học, đồng nghĩa với việc chất lƣợng dạy học chƣa thực sự có hiệu quả.
Thay vào đó, học sinh đƣợc quan sát các thí nghiệm hay đƣợc làm thí nghiệm
dƣới sự hƣớng dẫn của giáo viên, biết đƣợc bản chất hiện tƣợng vật lí và kết
quả thí nghiệm xảy ra sẽ kích thức học sinh tiếp thu và chiếm lính kiến thức
một cách trực quan, chủ động sáng tạo, hiệu quả học tập sẽ đƣợc nâng cao.
Khi đƣa các thí nghiệm vào trong bài giảng, giáo viên cũng phát huy tối đa
năng lực cũng nhƣ hiệu quả giảng dạy của mình.
Lí luận và thực tiễn đã chứng minh rằng thí nghiệm có vai trò vô cùng
quan trọng trong quá trình hình thành kiến thức mới cho học sinh và thí
nghiệm cũng có thể kiểm lại kiến thức mới.
Trong chƣơng trình vật lí phổ thông các kiến thức đƣợc hình thành chủ
yếu bằng hai con đƣờng chính là thực nghiệm và suy luận lí thuyết. Tuy nhiên
để khiến học sinh tin vào tính đúng đắn của các kiến thức vật lí chỉ bằng lí
thuyết không thì chƣa đủ và nên có những kiểm chúng có thể có, dƣới sự

5.1 Nghiên cứu lí luận về phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học.
5.2 Điều tra thực trạng dạy học vật lí có sử dụng thí nghiệm ở lớp 10
trƣờng phổ thông
5.3 Thiết kế các bài giảng về một số định luật cơ học cổ điển có sử dụng
thí nghiệm.

2


5.4 Dự kiến thực nghiệm sƣ phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu
quả của tiến trình đã xây dựng.
6. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lí luận về tính hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm vào
trong dạy học vật lí.
Nghiên cứu tài liệu: nghiên cứu cấu trúc, nội dung chƣơng trình Vật lí
THPT nói chung và phần dạy học một số định luật của cơ học cổ điển ở
THPT nói riêng.
Điều tra thực trạng dạy học một số định luật cơ học cổ điển của giáo viên
và học sinh lớp lớp 10 bằng cách trao đổi với giáo viên và học sinh, khảo sát
qua các bài kiểm tra 15 phút, 1 tiết.
Dự kiến thực nghiệm sƣ phạm để kiểm nghiệm tính khoa học, khả thi,
hiệu quả của đề tài sử dụng thí nghiệm vào trong dạy học một số định luật cơ
học cổ điển.
7. Đóng góp của đề tài
7.1 Đóng góp về mặt lí luận:
Cho thấy đƣợc tầm quan trọng của việc sử dụng các thí nghiệm vật vào
dạy học một số định luật cơ học cổ điển nói riêng và dạy học vật lí nói chung.
7.2 Đóng góp về mặt thực tiễn:
- Giúp học sinh có các nhìn trực quan về tính đúng đắn của các định luật
vật lí, góp phần nâng cao chất lƣợng dạy và học.

Cũng nhờ phƣơng pháp thực nghiệm mà các ngành khoa học nói chung
và vật lý học nói riêng đã có những bƣớc tiến vƣợt bậc.
Trình tự việc nghiên cứu của Galile theo phƣơng pháp thực nghiệm có
thể nói một cách ngắn ngọn nhƣ sau: Trƣớc một hiện tƣợng cần giải thích và
tìm hiểu Galile bắt đầu quan sát để xác định rõ vấn đề cần nghiên cứu, đƣa ra
một cách giải thích dựa vào lí thuyết có tính chất dự đoán. Từ lý thuyết đó
ông rút ra kết luận có thể kiểm tra đƣợc bằng thực nghiệm. Tiếp theo đó ông
thiết kế và tiến hành phƣơng án thí nghiệm phù hợp, tạo điều kiện thí nghiệm
và phƣơng tiện thí nghiệm phù hợp nhất có thể đạt kết quả với độ tin cậy lớn
nhất có thể. Cuối cùng ông đối chiếu kết quả thực nghiệm với lý thuyết ban
đầu.
Ta có thể mô tả quá trình nhận thức vật lý chi cụ thể, chi tiết hơn bao
gồm các giai đoạn điển hình sau:
Thực tiễn → vấn đề → giả thuyết → hệ quả → định luật → lý thuyết →
thực tiễn.
Khoa học là một chu trình của lí thuyết và thực nghiệm. Các lí thuyết
khoa học đƣợc đƣa ra để giải thích kết quả thí nghiệm tạo ra dƣới những điều
kiện nhất định. Một lí thuyết thành công cũng sẽ đƣa ra những tiên đoán mới
về những thí nghiệm mới dƣới những điều kiện mới. Cuối cùng, điều luôn xảy
ra là một thí nghiệm mới xuất hiện, cho thấy dƣới những điều kiện nhất định,

5


lí thuyết đó không hẳn là một sự gần đúng tốt hay thậm chí không còn giá trị
nữa. Nếu một thí nghiệm không ăn khớp với lí thuyết hiện tại, thì lí thuyết đó
phải thay đổi, chứ không phải thí nghiệm thay đổi.
1.1.1. Nội dung của phƣơng pháp thực nghiệm
Thực chất của phƣơng pháp thực nghiệm của Galile đã đƣợc Spaski nêu
lên nhƣ sau: “Xuất phát từ quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng

1.2. Sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học vật lí trong dạy học vật lí
ở trƣờng phổ thông
1.2.1. Mục đích của việc việc sử dụng các thí nghiệm vào trong dạy học
vật lí
- Giúp học sinh chiếm lĩnh kiến thức một cách chủ động, sáng tạo và
hiệu quả bằng con đƣờng thực nghiệm.
- Nâng cao khả năng sáng tạo của học sinh thiết kế phƣơng án thí
nghiệm, và kĩ năng quan sát cũng nhƣ tiến hành thí nghiệm, thu thập và sử lí
số liệu, đối chiếu thực nghiệm với lí thuyết.
- Học sinh có cái nhìn khách quan và tin tƣởng vào tính đúng đắn của các
kiến thức vật lí, hiểu đƣợc bản chất của kiến thức vật lí, giải thích đƣợc các
hiện tƣợng vật lí liên quan giúp học sinh nhớ nhanh và nhớ lâu kiến thức.
1.2.2. Rèn luyện cho học sinh nhận thức theo các giai đoạn của phƣơng
pháp thực nghiệm
1.2.2.1. Các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm trong dạy học ở
trƣờng phổ thông
Việc dạy vật lí ở trƣờng phổ thông theo phƣơng pháp thực nghiệm có thể
gồm các giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: Làm xuất hiện vấn đề: Giáo viên mô tả hoàn cảnh thực tiễn
hay biểu diễn một vài thí nghiệm yêu cầu học sinh dự đoán diễn biến của hiện
tƣợng, tìm nguyên nhân hoặc xác lập mối liên hệ nào đó.

7


Giai đoạn 2: Xây dựng dự đoán (xây dựng giả thuyết): Trên cơ sở yêu
cầu HS dự đoán diễn biến của hiện tƣợng, tìm nguyên nhân hoặc xác lập mối
liên hệ nào đó thì GV hƣớng dẫn, gợi ý cho HS đƣa ra các dự đoán ban đầu,
dựa vào sự quan sát tỉ mỉ, suy luận logic, kinh nghiệm bản thân, những kiến
thức đã có…

ở các cấp độ khác nhau. Với cách tính trung bình ta có thể có thể chia thành
các mức độ tƣơng úng với các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm nhƣ
sau:
Giai đoạn 1: làm xuất hiện vấn đề
Mức độ 1: đối tƣợng học sinh khá giỏi hoặc các bài có kiến thức dễ hiểu
HS tự lực suy nghĩ tìm tòi phát hiện, giải quyết vấn đề, GV hƣớng dẫn học
sinh bằng các câu hỏi gợi mở, qua đó HS có thể phát hiện ra những tính chất
hay những mối quan hệ đáng chú ý trong vấn đề cần nghiên cứu.
Mức độ 2: đối với học sinh trung bình hay dƣới trung bình, GV cần gợi ý
cho HS bằng cách tạo ra hoàn cảnh mới trong đó xuất hiện vấn đề cần nghiên
cứu. Từ đó giáo viên định hƣớng học sinh suy nghĩ tìm tòi hƣớng giải quyết
tiếp hoặc giáo viên có thể gọi ý phƣơng hƣớng giả quyết.
Giai đoạn 2: Xây dựng giả thuyết
Mức độ 1: Dự đoán định tính: đối với những hiện tƣợng phức tạp, khó
hiểu giáo viên định hƣớng cho học sinh dự đoán định tính. Nếu cần thiết GV
có thể gợi ý 2, đến 3 phƣơng án để HS lựa chọn.
Mức độ 2: Dự đoán định lƣợng: đối với hiện tƣợng đơn giản bằng quan
sát thông thƣờng có thể đƣa ra dự đoán khá chính xác về mối quan hệ giữa
các đại lƣợng cần biểu diễn, và có thể hƣớng dẫn học sinh tìm ra bản chất của
hiện tƣợng.
Giai đoạn 3: Suy luận hệ quả: nếu việc suy luận hệ quả không quá khó
thì có thể chia thành các mức độ sau:
Mức độ 1: Có thể xây đựng hệ quả nhờ qua quan sát đo lƣờng trực tiếp.

9


Mức độ 2: Hệ quả không thể xây dựng đƣợc bằng việc đo lƣờng hoặc
quan sát trực tiếp mà phải dựa trên các suy luận logic, suy luận toán học. GV
sẽ định hƣớng cho HS trong việc suy luận hệ quả.

pháp thực nghiệm.
- Xây dựng tình huống có vấn đề tạo không khí học tập thuận lợi.
- Tổ chức hình thức học tập đa dạng trong giờ học.
- Lựa chọn, cung cấp cho học sinh nhƣng phƣơng tiện công cụ cần thiết
để thực hiện các hoạt động học tập.
- Cho học sinh làm quen với các phƣơng pháp nhận thức vật lí khác.
- Xác định và lựa chọn các mức độ thích hợp yêu cầu học sinh tự lực
thực hiện các giai đoạn của phƣơng pháp thực nghiệm.
1.3. Những đặc điểm, yêu cầu mới của chƣơng trình vật lí phổ thông
Các mục tiêu và việc dạy học ở trƣờng phổ thông đƣợc thực hiện chủ
yếu thông qua việc dạy học các môn học. Vật lí cũng là một trong các môn
khoa học ở trƣờng phổ thông không chỉ trang bị cho HS kiến thức cơ bản,
hiện đại mà còn góp phần giáo dục và phát triển toàn diện cho HS.
Dạy học là quá trình hoạt động có mục đích của GV và HS trọng sự
tƣơng tác qua lại lẫn nhau thống nhất, biện chứng của giáo viên, HS và tƣ liệu
hoạt động dạy học. Trong dạy học vật lí GV đóng vai trò là ngƣời tổ chức
kiểm tra, định hƣớng hành động của học sinh tự chủ chiếm lĩnh, xây đựng tri
thức vật lí và rèn luyện kĩ năng của mình. Đồng thời thông qua quá trình đó
năng lực trí tuệ, tƣ duy và nhân cách của HS cũng đƣợc phát triển toàn diện.
Vật lí là một ngành khoa hoc nghiên cứu các quy luật các tính chất
chung nhất của cấu trúc, sự tƣơng tác và chuyển động của vât chất. Vật lí
không chỉ liệt kê mô tả hiện tƣợng mà còn đi sâu nghiên cứu bản chất, khảo
sát mặt định lƣợng và tìm ra các quy luật chung của chúng. Sự phát triển của
vật lí học là cơ sở của nhiều ngành khoa học, kĩ thuật công nghệ tiên tiến. Các

11


kiến thức Vật lí đƣợc xem nhƣ những mô hình con ngƣời dựng lên để biểu đạt
hiện thực. Do vậy quá trình dạy học Vật lí đƣợc thực hiện chủ yếu theo tiến

nghiệm 1)
2.1.1.1 Mục đích thí nghiệm
Nghiệm lại định luật I Niu-tơn
2.1.1.2. Dụng cụ thí nghiệm
Bộ dụng cụ đệm không khí gồm:
- Đệm không khí có gắn thƣớc thẳng milimet, bơm nén khí P cùng ống
dẫn, 2 xe trƣợt và các gia trọng, 2 máy đo thời gian hiện số, 2 đầu cảm biến
quang điện hồng ngoại, chi tiết tạo va chạm mềm và va chạm đàn hồi.
Phần cơ bản của thiết bị đệm không khí là một hộp kim loại hình mái
nhà có nhiều các lỗ nhỏ, một đầu bịt kín và đầu kia nối với một bơm nén khí
P.
2.1.1.3 Tiến hành thí nghiệm
Hai cảm biến đƣợc gắn trên đệm không khí, khoảng cách giữa 2 đầu cảm
biến là 40cm. Bật công tác cho máy nén khí hoạt động (chú ý chỉnh tốc độ khí
thổi vừa phải điều chỉnh cho đệm không khí thăng bằng).
Kéo xe ra khỏi khoảng giữa 2 cảm biến. Bật công tắc 2 máy đo thời gian
t1 và t2, bấm nút “RESET” trên 2 máy để chuyển về số “0” các chỉ thị trên
“mắt” máy. Bấm nút “STAR”
Trƣờng hợp 1: Khi đệm không khí đã cân bằng ta bỏ tay không giữ xe
trên đệm không khí.
Trƣờng hợp 2: Đẩy nhẹ xe cho xe (phía trên gắn thanh chắn ánh sáng)
chạy qua 2 đầu cảm biến Đ1 và Đ2. Đọc ghi thời gian chuyển động của 2 xe

13


trên máy đo thời gian vào bảng. Lặp lại thí nghiệm này nhiều lần, thêm 2 lần
nữa với khoảng cách giữa 2 cảm biến là 45cm và 50cm.
2.1.1.4 Kết quả thí nghiệm
Đại lƣợng


14


…
Nên độ lớn có thể xác định đƣợc theo công thức a = ∆l/t2
2.1.2.3 Dụng cụ thí nghiệm
- Thiết bị đồng hồ rung, máng nhôm có rãnh, các xe lăn và gia trọng, các
băng giấy có kích thƣớc 1 x 30 cm
2.1.2.4 Tiến hành thí nghiệm
Trƣờng hợp 1: Cố định khối lƣợng vật chuyển động.
Giáo viên tiến hành khử ma sát đối với xe lăn trƣợt trên mặt phẳng
nghiêng bằng cách xác định góc nghiêng α thỏa mãn sao cho thành phần
Psinα của xe lăn cân bằng với Fms (GV tiến hành trƣớc ở nhà. Có thể để đồng
hồ rung trên giá đỡ vạn năng hoặc vào hộp gỗ, dùng tấm gỗ kê nâng cao đồng
thời) nhƣ hình vẽ:

α

Hình 1
- Bố trí thí nghiệm nhƣ hình 1
Đặt máng nhôm nằm song song với hộp gỗ. Nhỏ mực vào đầu bút dạ.
Lắp băng giấy vào đồng hồ rung, một đầu băng giấy nắp vào đinh ốc của
xe lăn, xê dịch vị trí của máng sao cho khi xe chạy băng giấy cũng chậy thẳng
và luôn bám sát vào mắt con lăn của đồng hồ rung trên giá đỡ để đánh đấu
quãng đƣờng đi đƣợc của xe trong nhƣng khoảng thời gian liên tiếp t = 0,1 s

15



ltb

mm mm mm mm mm mm mm
F1 =

F2 =

F3 =

Bảng 2
16

∆a =
∆l/t2

a∆ =

atb
a

atb+∆a
(m/s2)


Lập thƣơng số:
a1/a2 và a1/a3
Kết luận: Độ lớn gia tốc tỉ luận thuận với độ lớn lực tác dụng.
2.1.3 Thí nghiệm nghiệm lại định luật bảo toàn động lƣợng (Thí nghiệm
3)
2.1.3.1 Mục đích

Trƣờng hợp 1: Giả sử va chạm là xuyên tâm và hoàn toàn đàn hồi, bỏ

qua ma sát giữa các vật với mặt phẳng ngang. Sau va chạm hai vật chuyển
động với vận tốc v1 và v 2 có trị số khác nhau.
Theo định luật bảo toàn động lƣợng ta có:

m1 v1  m2 v2  m1 v1'  m2 v2'

(2.2)

Chiếu phƣơng trình (2) lên 0x ta có:
m1v1 + m2v2 = m1 v1’ + m2 v2’

(2.3)

Nếu m1 = m2 = m thì (2.3) trở thành :

17


v1 + v2 = v1’ + v2’

(2.4)

Nếu quy ƣớc chiều dƣơng là chiều của vật m1 ta có:
v1 - v2 = v2’ - v1’

(2.5)



-Trƣờng hợp 2: Va chạm giữa 2 vật là va chạm không đàn hồi (va chạm
mềm). Sau va chạm hai vật gắn vào nhau và chuyển động cùng vận tốc v ' .
Theo biểu thức (2.2) suy ra hình chiếu trên phƣơng ngang của tổng động
lƣợng của hệ 2 vật trƣớc và sau va chạm có trị số không đổi:
(m1 + m2 )v’ = m1 v1 + m2v2

(2.8)

Nếu quy ƣớc chiều dƣơng là chiều của

v1

thì (2.7) trở thành :

m1v1 + m2v2 = ( m1 + m2 ).v


v

m1v1  m1v 2
m1  m1

Đặc biệt nếu m1 = m2 = m thì : v 

v1  v 2
2

(2.9)

=>

1
1

t2
 t1

Hay : t 




 2


(2.10)

2.1.3.3 Dụng cụ thí nghiệm
- Đệm không khí có gắn thƣớc thẳng milimet, bơm nén khí cùng ống dẫn
khí, hai máy đo thời gian hiện số, hai xe trƣợt cùng các gia trọng, hai đầu cảm
biến quang điện hồng ngoại, chi tiết tạo va chạm đàn hồi, chi tiết tạo va chạm
mềm.
2.1.3.4 Tiến hành thí nghiệm
Trƣờng hợp va chạm đàn hồi.
Gắn bộ phận tạo va chạm đàn hồi vào đầu 2 xe nhƣ hình 6, trong đó 1 là
lƣỡi dao, 2 là dây cao su căng trên khung nhựa. Đặt khoảng cách giữa cảm
biến là 50cm; hai xe đặt cách nhau và nằm ngoài khoảng đó. Điều chỉnh cho
máy đo thời gian sẵn sàng hoạt động và bấm công tắc để cho đệm không khí
hoạt động.
Hai tay đẩy nhẹ hai xe trƣợc chuyển động ngƣợc chiều nhau và va chạm
nhau trong khoảng giữa của hai cảm biến. khi hai xe đi qua đầu cảm biến thì