Tải bản đầy đủ
Bên cạnh đó, với mong muốn tìm cách phát triển năng lực GQVĐ cho HS trong DH vật lí, đề tài đã tiến hành nghiên cứu, phân tích làm rõ hệ thống kỹ năng GQVĐ của HS trong DH vật lí; những yếu tố ảnh hưởng đến việc DH theo hướng phát triển năng lực GQVĐ cho

Bên cạnh đó, với mong muốn tìm cách phát triển năng lực GQVĐ cho HS trong DH vật lí, đề tài đã tiến hành nghiên cứu, phân tích làm rõ hệ thống kỹ năng GQVĐ của HS trong DH vật lí; những yếu tố ảnh hưởng đến việc DH theo hướng phát triển năng lực GQVĐ cho

Tải bản đầy đủ

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BÀI DẠY HỌC THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG
LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ PHẦN NHIỆT HỌC VẬT LÍ 10 NÂNG CAO

2.1. Đặc điểm, cấu trúc nội dung kiến thức của phần Nhiệt học
2.1.1. Đặc điểm chung của phần Nhiệt học
Vật lí phân tử và nhiệt học là một khoa học cấu thành toàn bộ kiến thức vật lí
cổ điển và vật lí hiện đại, là chiếc cầu nối giữa vật lí vĩ mô và vật lí vi mô, giữa vật
lí cổ điển và vật lí hiện đại.
Nội dung chủ yếu của phần Nhiệt học được trình bày dựa trên ba quan điểm:
quan điểm vĩ mô, quan điểm vi mô, quan điểm năng lượng. Cụ thể, sử dụng quan
điểm vĩ mô để truyền đạt các kiến thức như định luật Bôilơ-Mariôt, Sac-lơ, GayLuytsac, trong đó phương trình Menđêleep-Clapêron là kết quả TNg tổng hợp từ ba
sự kiện TNg. Quan điểm vi mô khi nghiên cứu về chất rắn, cấu trúc chất lỏng, sự
dính ướt không dính ướt…Quan điểm năng lượng khi nghiên cứu về các nguyên lý
của nhiệt động lực học. Như vậy, điểm khác nhau cơ bản khi giải thích các hiện
tượng nhiệt so với hiện tượng cơ là: các hiện tượng nhiệt được giải thích dựa vào
cấu trúc phân tử của các vật, phụ thuộc vào lực tương tác giữa các phân tử, và tính
chất chuyển động nhiệt của các hạt (các phân tử, nguyên tử, ion).
Như vậy, việc chuyển từ nghiên cứu cơ học sang nghiên cứu vật lí phân
tử và nhiệt học là một giai đoạn mới có tính chất nguyên tắc trong hoạt động
nhận thức, trong sự hình thành và phát triển thế giới quan vật lí, thế giới quan
khoa học của HS.

52

2.1.2. Cấu trúc nội dung kiến thức phần Nhiệt học

NHIỆT HỌC

CHẤT RẮN VÀ
CHẤT LỎNG. SỰ
CHUYỂN THỂ

CHẤT KHÍ

Thuyết động
học phân tử
chất khí

Các định
luật thực
nghiệm

Chất rắn và
sự biến dạng
cơ của vật
rắn

Phương
trình trạng
thái

Vận dụng

Chất lỏng
và các hiện
tượng về
chất lỏng

CƠ SỞ CỦA
NHIỆT ĐỘNG
LỰC HỌC

Nội năng
và sự biến
đổi nội
năng

Sự chuyển
trạng thái

Các
nguyên lý
NĐLH

Sự hóa hơi
và ngưng tụ

Các ứng
dụng thực tế

Hình 1.3. Sơ đồ cấu trúc nội dung kiến thức phần Nhiệt học
Nội dung của chương “chất khí” là đề cập đến cấu trúc phân tử cũng như
tính chất nhiệt của chất ở trạng thái khí, cụ thể trình bày về cấu tạo chất, nội dung
thuyết động học phân tử chất khí, đặc điểm của khí lý tưởng, quá trình đẳng nhiệt,
đẳng tích, đẳng áp đối với khí lý tưởng và các định luật tương ứng, phương trình
trạng thái khí lý tưởng. Vận dụng chủ yếu trong chương này là HS biết giải thích
định tính những định luật về chất khí bằng thuyết động học phân tử cũng như vận
dụng giải thích các hiện tượng thực tế và giải các bài toán đặt ra có liên quan đến
các định luật về chất khí.
Chương “chất rắn chất lỏng và sự chuyển thể” trình bày về cấu trúc tinh thể,
đặc điểm của chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình, biến dạng cơ của vật rắn,
định luật Húc về biến dạng đàn hồi của vật rắn, sự nở dài và nở khối, các hiện tượng

53

bề mặt của chất lỏng như hiện tượng căng bề mặt, dính ướt không dính ướt, mao
dẫn, quá trình chuyển thể của các chất như nóng chảy, đông đặc, bay hơi, ngưng tụ,
sôi, độ ẩm không khí. Vận dụng chủ yếu trong chương này là để giải thích các hiện
tượng, các ứng dụng về tính chất của chất rắn, chất lỏng và sự chuyển thể hoặc vận
dụng giải các bài tập tính toán các vấn đề thực tế.
Chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” đề cập đến nội năng, các nguyên lý
của nhiệt động lực học và các ứng dụng thực tế của các nguyên lý NĐLH.
Theo như nội dung kiến thức của các chương, có thể nói đây là lần đầu tiên
HS tiếp xúc một cách có hệ thống với vật lí vi mô, nghĩa là chúng được dẫn dắt từ
bản chất hiện tượng đến sự thể hiện ở các hiện tượng đơn lẻ hoặc ngược lại. Theo
cách trình bày của SGK, thì cách tiếp cận các kiến thức chủ yếu là cách tiếp cận vĩ
mô, cụ thể là dựa vào các quan sát hay các TN để trình bày kiến thức, chẳng hạn ở
một số bài như: Định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ốt; Định luật Sác-lơ. Nhiệt độ tuyệt đối;
Chất lỏng, hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng…còn các giải thích vi mô chỉ dùng
ở một số chỗ cần thiết. Mặt khác, hầu hết các định luật quan trọng trong chương là
các định luật TNg, có liên quan rất nhiều đến các hiện tượng thực tế và những ứng
dụng rất quan trọng trong đời sống và trong kĩ thuật. Các đặc điểm này rất thích hợp
cho việc tạo các tình huống có vấn đề để xây dựng tiến trình DH theo hướng phát
triển năng lực GQVĐ cho HS.
2.2. Thiết kế một số giáo án phần Nhiệt học vật lí 10 nâng cao theo hướng phát
triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh
Từ những nghiên cứu đã trình bày ở trên, chúng tôi vận dụng thiết kế một số
giáo án cụ thể:
Giáo án 1. Định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ốt.
Giáo án 2: Phương trình trạng thái khí lý tưởng
Giáo án 3: Chất lỏng hiện tượng căn bề mặt chất lỏng
BÀI 45. ĐỊNH LUẬT BÔI-LƠ-MA-RI-ỐT
I. Mục tiêu
1. Kiến thức
- Trình bày được cách bố trí và và các thao tác tiến hành TN để đo thể tích và
áp suất của một lượng khí khi nhiệt độ của lượng khí đó không đổi;

54

- Xây dựng được biểu thức của định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ốt và nhận dạng được
đường đẳng nhiệt trong hệ tọa độ p, V.
2. Kỹ năng
- Quan sát và tiến hành TN;
- Vẽ được đường biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất và thể tích khi nhiệt độ
không đổi trên đồ thị;
- Giải thích một số hiện tượng thực tế và làm được các bài tập có liên quan
đến định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ôt.
3. Thái độ
- Có được tính cận thận, tỉ mỉ, trung thực khi quan sát và sử lý kết quả TN;
- Có thái độ tích cực chủ động và tinh thần hợp tác khi tham gia nghiên cứu
giải quyết các nhiệm vụ học tập.
II. Chuẩn bị
1. Giáo viên
- Video về hoạt động của bơm hút chân không vòng nước, hình ảnh cắt ngang
của bơm hút chân không vòng nước
- Dụng cụ TN như hình trong hình

- Máy vi tính, máy chiếu
- Phiếu học tập có nội dung theo mẫu sau:
PHIẾU HỌC TẬP
Câu 1: Ghi các giá trị p, V đo được khi tiến hành TN (hình 45.1 SGK) tương ứng
với 3 lần đo
Lần đo
1
2
3

V

p

55

p.V

Câu 2. Tính các tích số p.V ứng với 3 lần đo và so sánh các tích p.V và rút ra kết
luận về mối quan hệ giữa p và V
Câu 3. Hãy biểu diễn các điểm có tọa độ (p1,V1), (p2,V2) và (p3,V3 ) lên cùng một hệ
trục tọa độ (p,V), từ đó hãy vẽ đồ thị đi qua các điểm này và cho biết hình dạng của
đường biễu các giá trị p và V trong quá trình đẳng nhiệt?

p

2. Học sinh

O

V

- Ôn lại kiến thức áp suất của chất khí
- Xem trước bài mới, chú ý nghiên cứu trước TN hình 45.1 SGK 10 NC
III. Tổ chức các hoạt động DH
1. Kiểm tra bài cũ (5 phút)
Hoạt động GV
+ Nêu nội dung cơ bản của thuyết
động học phân tử

Hoạt động HS
- HS trả lời

- Từ đó cho biết:
+ Vì sao chất khí có thể gây ra áp suất
lên thành bình?
- Nhận xét câu trả lời của bạn
- GV nhận xét, đánh giá câu trả lời của
HS
2. Tổ chức DH bài mới
Hoạt động 1. Xây dựng biểu thức của định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ot (30 phút)
Mục tiêu : Xây dựng được biểu thức thể hiện mối liên hệ giữa áp suất và thể
tích của một lượng khí xác định khi nhiệt độ không đổi.
1. Đặt vấn đề

56

C

Hoạt động của GV
* Tạo tình huống có vấn đề

Hoạt động của HS
* Nhận thức vấn đề
Phát hiện vấn đề

GV giúp HS tái hiện lại kiến thức đã

Tái hiện lại kiến thức đã biết

biết
- Theo các em nước sẽ tràn ra ra khỏi - HS trả lời: Nước sẽ tràn ra khỏi bình
bình chứa trong trong trường hợp chứa trong trường hợp bình đã đầy mà
nào?

ta vẫn tiếp tục cho nước vào bình.

Đưa ra hiện tượng mâu thuẫn với Quan sát hiện tượng
kiến thức mà HS vừa nêu
Để kiểm tra xem có đúng là nước chỉ
tràn ra khỏi bình trong trường hợp
bình đã đầy hay không GV cho HS
tiến hành TN như hình bên dưới:
TN 1

GV giới thiệu dụng cụ và cách tiến
hành TN như hình vẽ
- Cho các nhóm tiến hành TN và quan - Các nhóm tiến hành TN và quan sát
sát hiện tượng xảy ra

hiện tượng
Hiện tượng xảy ra: Mặc dù rót chưa
đầy bình mà nước đã tràn ra ngoài qua
ống A

GV tiếp tục cho HS làm TN như hình
bên dưới:

TN 2

57

Trước khi tiến hành TN GV yêu cầu
HS dự đoán sự dịch chuyển của kim
áp kế (sự thay đổi của áp suất khí
trong xilanh) khi tiến hành thực hiện - HS dự đoán sự dịch chuyển của kim
như sau:

áp kế

1. Kéo từ từ pit-tông đi lên

- Thực hiện các phương án TN, quan

2. Đẩy từ từ pit-tông đi xuống

sát và cho biết kết quả

- Cho HS tiến hành và quan sát kết 1. Khi kéo từ từ pit-tông đi lên kim áp
quả TN

kế dịch chuyển theo chiều ngược
chiều kim đồng hồ (áp suất giảm dần)
2. Khi đẩy từ từ pit-tông đi xuống thì
kim áp kim chuyển theo chiều ngược
lại hay cùng chiều kim đồng hồ (áp
suất tăng dần)
Nhận ra mâu thuẫn
Từ việc quan sát các kết quả TN 1 và
TN 2 HS sẽ xuất hiện hàng loạt các
mâu thuẫn :
- Tại sao nước lại tràn ra ngoài qua ống
A trong khi bình vẫn chưa đầy nước?
- Tại sao suất khí trong xilanh lại giảm
dần khi kéo từ từ pit-tông đi lên và
tăng dần khi đẩy từ từ pit-tông đi
xuống?

58

2. Nghiên cứu vấn đề
Hoạt động của GV
Phân công nhiệm vụ cho mỗi nhóm:

Hoạt động của HS
Làm rõ bản chất của vấn đề

Nhóm 1. Làm rõ nguyên nhân làm
cho nước trong bình tràn ra ngoài qua
ống A.

- Các nhóm thu thập, phân tích các

Nhóm 2. Làm rõ nguyên nhân áp suất thông tin dữ kiện từ các tình huống
giảm dần trong trường hợp kéo từ từ trên để làm rõ nguyên nhân làm nảy
pittong đi lên.

sinh vấn đề.

Nhóm 3. Làm rõ nguyên nhân làm
cho áp suất tăng dần khi đẩy từ từ
pittong đi xuống.
- Sau khi đã làm rõ nguyên nhân các - Đại diện nhóm báo cáo kết quả thảo
nhóm cử đại diện nhóm báo cáo kết luận
quả thảo luận.

Nhóm 1. Khi rót nước vào bình
(thể tích nước trong bình tăng lên) làm
cho lượng khí trong bình bị nén lại
(thể tích khí giảm) khi thể tích khí
trong bình giảm thì mật độ các phân tử
khí trong bình tăng lên dẫn đến áp suất
khí bên trong bình tăng lên =>đẩy
nước ra ngoài qua ống A
Nhóm 2. Khi kéo từ từ pittong đi
lên thể tích khí trong xilanh tăng
dần=>mật độ phân tử khí giảm
dần=>áp suất giảm dần
Nhóm 3. Khi đẩy từ từ pittong đi
xuống thì thể tích khí trong xilanh
giảm dần=>mật độ phân tử khí tăng
dần=>áp suất tăng dần

59

- Như vậy nguyên nhân chung của các - Nguyên nhân chung của các hiện
hiện tượng trên là gì?

tượng trên là do thể tích của một
lượng khí nhất định thay đổi dẫn đến
áp suất của lượng khí đó cũng thay đổi
theo.
Biểu đạt lại vấn đề cần nghiên
Vậy Giữa p và V có mối quan hệ gì
với nhau?
Xác định mục tiêu của vấn đề
Tìm được biểu thức thể hiện mối quan
hệ giữa p và V khi T không đổi?

3. GQVĐ
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Vậy làm thế nào để xác định được * Tìm kiếm giải pháp
biểu thức thể hiện mối quan hệ giữa p - HS thảo luận nhóm để đưa ra giải
và V?

pháp cho vấn đề

-Yêu cầu các nhóm thảo luận nhóm để

Huy động, tái hiện lại tri thức đã

tìm kiếm giải pháp cho vấn đề và báo biết
cáo kết quả thảo luận được

- Từ việc quan sát, phân tích các tình
huống trên (TN 1 và TN 2) HS dễ
dàng nhận thấy: khi V tăng thì p giảm
và ngược lại khi V giảm thì p tăng.
- Do đó HS có thể đưa ra nhận định
ban đầu là: V và p tỉ lệ nghịch với
nhau
Mà HS đã biết: hai đại lượng tỉ lệ
nghịch với nhau nếu tích số giữa hai
đại lượng đó không đổi
Đưa ra giải pháp
Trên cơ sở nhận định ban đầu kết hợp
với kiến thức mà HS đã biết HS có thể
đưa ra giải pháp như sau:

60

=>giải pháp:làm TN như TN 2 và ghi
lại cụ thể các giá trị p và V đo được,
trên cơ sở các giá trị p và V đo được
tính các tích p.V rồi so sánh các tích
số với nhau qua các lần đo (kiểm tra
nhận định ban đầu) từ đó suy ra biểu
thức xác định mối quan hệ giữa p và V
khi T không đổi
* Thực hiện giải pháp
- Các nhóm lập kế hoạch thực hiện
dưới sự hướng dẫn của GV
- GV cung cấp dụng cụ hỗ trợ cho - Tiến hành thực hiện giải pháp đã lựa
việc thực hiện giải pháp: bộ TN để đo chọn theo kế hoạch đã đề ra
thể tích và áp suất, phiếu học tập đã - Các nhóm hoàn thành kết quả thực
được chuẩn bị.

hiện vào phiếu học tập (hoàn thành
câu hỏi 1 và câu hỏi 2 trong phiếu học
tập)
* Đánh giá giải pháp và khái quát
hóa kết quả thu được
Đánh giá giải pháp

Để đánh giá kết quả cũng như hiệu
quả thực hiện giải pháp GV định - Các nhóm cử đại diện lên báo cáo
hướng cho HS báo cáo kết quả thực kết quả thực hiện theo nội dung mà
hiện theo các nội dung sau:

GV đã nêu

1. Thời gian thực hiện;
2. Sai số giữa các tích p.V sai số đó
nhỏ hơn hay lớn hơn 5% và cho biết
nguyên nhân của sai số đó và cách
khắc phục;
3. Trong quá trình thực hiện giải pháp
có nảy sinh vấn đề mới nào không,

61

giải pháp đó có hoàn thành được mục
tiêu đặt ra hay không.

Khái quát hóa kết quả thu được
+ Các tích p.V đều bằng nhau hay p.V
= hằng số => p và V tỉ lệ nghịch với
nhau

Bằng TNg, hai nhà bác học Bôi-lơ và
Ma-ri-ốt cũng đã chứng minh được
tích P.V = const và hai ông đã phát
biểu thành định luật gọi là định luật
Bôi-lơ-Ma-ri-ốt.
-Yêu cầu HS phát biểu lại nội dung - HS phát biểu nội dung của định luật
của định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ốt

Ở nhiệt độ không đổi, tích của áp suất
p và thể tích V của một lượng khí xác
định là một hằng số

Ngoài việc mô tả mối quan hệ của p
và V bằng biểu thức thì người ta có
thể dùng đồ thị để mô tả mối quan hệ
này.
- Yêu cầu HS thực hiện câu hỏi 3 - HS hoàn thành yêu cầu của câu hỏi
trong phiếu học tập

số 3 trong phiếu học tập và trình bày
kết quả

4. Vận dụng
Hoạt động của GV
Tình huống 1

Hoạt động của HS

- GV cho các nhóm quan sát đoạn
phim TN sau và giải thích Tại sao kích
thước quả bóng càng lúc càng tăng
lên?
Bỏ một quả bóng có kích thước nhỏ
vào trong một cái bình thuỷ tinh sau
đó rút dần không khí trong cái bình đó

62