Khóa luận Xây dựng và sử dụng thí nghiệm gắn kết cuộc sống trong dạy học phần nhiệt học - Vật lí 10

145 trang thiennha21 15/04/2022 6480

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Xây dựng và sử dụng thí nghiệm gắn kết cuộc sống trong dạy học phần nhiệt học - Vật lí 10", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

khoa_luan_xay_dung_va_su_dung_thi_nghiem_gan_ket_cuoc_song_t.pdf

Nội dung text: Khóa luận Xây dựng và sử dụng thí nghiệm gắn kết cuộc sống trong dạy học phần nhiệt học - Vật lí 10

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH  Lê Bích Liên KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM GẮN KẾT CUỘC SỐNG TRONG DẠY HỌC PHẦN NHIỆT HỌC – VẬT LÍ 10 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  Lê Bích Liên KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM GẮN KẾT CUỘC SỐNG TRONG DẠY HỌC PHẦN NHIỆT HỌC – VẬT LÍ 10 Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý KHÓA LUẬN TỐT NGHI ỆP ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHÙNG VIỆT HẢI Thành phố Hồ Chính Minh - 2020
i LỜI CẢM ƠN Quá trình làm luận văn gặp phải nhiều khó khăn, tuy nhiên rất may mắn được sự giúp đỡ, hỗ trợ, động viên tận tình của quý thầy cô, bạn bè và gia đình. Vì vậy, xin cho phép em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: - Thầy TS. Phùng Việt Hải, giảng viên đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện khóa luận. Tuy khoảng cách địa lí xa xôi nhưng bằng lòng nhiệt huyết Thầy đã hướng dẫn em rất tận tình. Qua khoảng thời gian làm việc chung với thầy, em học được rất nhiều về kĩ năng và kiến thức. Em chân thành cảm ơn thầy. - Thầy TS. Nguyễn Thanh Nga, hỗ trợ chuyên môn chính cho đề tài. Trong quá trình làm khóa luận, khi gặp khó khăn thầy luôn đưa ra hướng đi để em có thể hoàn thiện đề tài, chuẩn bị và giúp em thực nghiệm sư phạm. - Thầy ThS. Hoàng Phước Muội, phó phòng chuyên môn Trường THCS – THPT Hoa Sen đã hỗ trợ rất nhiều từ xây dựng, chuẩn bị và giúp em thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi của dự án. - Anh Trần Ngọc Tiến Phát đã bên cạnh hỗ trợ, giúp đỡ, cổ vũ và động viên em rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài này. Cuối cùng, em xin gửi lời cám ơn của mình đến gia đình, bạn bè đã luôn sát cánh, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. TPHCM, 10 tháng 7 năm 2020 Lê Bích Liên Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined. 1. Lí do chọn đề tài 1 2. Mục đích của đề tài 2 3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 2 3.1. Đối tượng nghiên cứu 2 3.2. Phạm vi nghiên cứu 2 4. Giả thuyết khoa học 2 5. Nhiệm vụ nghiên cứu 3 6. Phương pháp nghiên cứu 3 6.1. Phương pháp nghiên cứu lí luận 3 6.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm 4 6.3. Phương pháp thống kê toán học 4 CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ DẠY HỌC THÍ NGHIỆM VẬT LÍ GẮN KẾT CUỘC SỐNG HỌC SINH 5 1.1. Thí nghiệm vật lí 5 1.1.1. Khái niệm thí nghiệm vật lí 5 1.1.2. Chức năng của thí nghiệm vật lí trong dạy học 5 1.1.3. Phân loại thí nghiệm vật lí trong dạy học 9 1.2. Thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống học sinh. 11 1.2.1. Khái niệm thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống học sinh. 11 1.2.2. Vai trò của thí nghiệm gắn kết cuộc sống sử dụng trong dạy học vật lí 11 1.2.3. Tiến trình xây dựng thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống học sinh 12 1.2.4. Tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống 13 Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
iii 1.3. Năng lực vật lí 16 1.3.1. Khái niệm năng lực 16 1.3.2. Khái niệm năng lực vật lí 16 1.3.3. Biểu hiện năng lực vật lí của học sinh 17 1.3.4. Biện pháp phát huy năng lực vật lí của học sinh 18 1.3.5. Bảng tiêu chí đánh giá năng lực vật lí của học sinh 19 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 26 CHƯƠNG 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC THÍ NGHIỆM GẮN KẾT CUỘC SỐNG MỘT SỐ KIẾN THỨC PHẦN NHIỆT HỌC – VẬT LÍ 10 27 2.1. Phân tích nội dung kiến thức phần Nhiệt học – Vật lí 10 27 2.2. Thiết kế một số thí nghiệm gắn kết cuộc sống trong phần Nhiệt học – vật lí 10 32 2.2.1. Bộ thí nghiệm khảo sát ba định luật chất khí 33 2.2.1.1. Thí nghiệm định tính 33 2.2.1.2. Thí nghiệm định lượng khảo sát ba định luật chất khí 52 2.2.2. Mô hình động cơ Stirling 62 2.3. Xây dựng tiến trình dạy học có sử dụng các thí nghiệm gắn kết cuộc sống phần Nhiệt học – Vật lí 10 69 2.3.1. Kế hoạch dạy học bài “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle- Mariotte” 69 2.3.2. Tổ chức dạy học bài “Quá trình đẳng tích. Định luật Charles” 82 2.4. Đánh giá năng lực Vật lí của học sinh trong dạy học một số thí nghiệm gắn kết cuộc sống trong phần Nhiệt học – Vật lí 10 93 2.4.1. Công cụ đánh giá năng lực Vật lí của học sinh trong dạy học bài “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle – Mariotte” 93 Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
iv 2.4.2. Công cụ đánh giá năng lực Vật lí của học sinh trong dạy học bài “Quá trình đẳng tích. Định luật Charles” 99 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 106 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 107 3.1. Mục đích thực nghiệm 107 3.2. Đối tượng thực nghiệm 107 3.3. Phương pháp thực nghiệm 107 3.4. Diễn biến thực nghiệm sư phạm 107 3.5. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 119 3.5.1. Kết quả thực nghiệm sư phạm 119 3.5.2. Đánh giá định tính năng lực Vật lí 119 3.5.3. Đánh giá định lượng năng lực Vật lí 124 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 PHỤ LỤC 132 Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nội dung ĐHSP Đại học Sư phạm GV Giáo viên HS Học sinh NXB Nhà xuất bản SGK Sách giáo khoa THCS Trung học cơ sở THPT Trung học phổ thông TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh TS Tiến sĩ TLHD Tài liệu hướng dẫn Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Bong bóng co, giãn trong xi lanh khi kéo, đẩy pittong 35 Hình 2.2: Nước được hút vào chai khi bóp, thả chai 38 Hình 2.3: Thí nghiệm tách lòng đỏ trứng gà 40 Hình 2.4: Thí nghiệm mẹo bỏ trứng luộc vào lọ cổ nhỏ. 43 Hình 2.5: Thí nghiệm lon nước biến dạng. 45 Hình 2.6: Thí nghiệm dòng nước chảy ngược. 48 Hình 2.7: Thí nghiệm bơm bong bóng từ chai nhựa 50 Hình 2.8: Thí nghiệm khảo sát định luật Boyle – Mariotte. 54 Hình 2.9: Thí nghiệm khảo sát định luật Charles. 55 Hình 2.10: Thí nghiệm khảo sát định luật Gay luysac. 56 Hình 2.11: Mô hình động cơ Stirling 67 Hình 3.1: Giáo viên chuẩn bị những dụng cụ cần thiết theo tiến trình dạy học Error! Bookmark not defined. Hình 3.2: Giáo viên ổn định lớp 108 Hình 3.3: Học sinh đọc sgk và vẽ sơ đồ tư duy Error! Bookmark not defined. Hình 3.4: Một nhóm lên đại diện thuyết trình sơ đồ tư duy 110 Hình 3.5: GV giao nhiệm vụ và hướng dẫn HS làm thí nghiệm quả bong bóng co, giãn. 111 Hình 3.6: Học sinh điền thông tin vào phiếu học tập 111 Hình 3.7: Học sinh làm thí nghiệm quả bong bóng 112 Hình 3.8: Học sinh hoàn thành phiếu học tập số 1 112 Hình 3.9: Học sinh báo cáo kết quả thu được ở thí nghiệm quả bong bóng và đưa ra dự đoán. 113 Hình 3.10: Giáo viên giới thiệu dụng cụ thí nghiệm kiểm chứng dự đoán 113 Hình 3.11: Học sinh thảo luận thiết kế phương án thí nghiệm 114 Hình 3.12: Phương án thí nghiệm của nhóm 1, nhóm 3. 114 Hình 3.13: Học sinh vẽ sơ đồ thí nghiệm 115 Hình 3.14: Học sinh thuyết trình phương án thí nghiệm 115 Hình 3.15: Học sinh nhóm 5, nhóm 1 thực hiện thí nghiệm 116 Hình 3.16: Học sinh xử lí số liệu vào phiếu học tập số 2 117 Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
vii Hình 3.17: Học sinh báo cáo kết quả thực hành thí nghiệm của nhóm. 118 Hình 3.18: Học sinh giải quyết tình huống 118 Hình 3.19: Sơ đồ tư duy nhóm 1. 120 Hình 3.20: Học sinh nhóm 2 phân tích thí nghiệm mở đầu. 120 Hình 3.21: Học sinh nhóm 3 đang thảo luận đề xuất dự đoán 121 Hình 3.22: Sơ đồ thiết kế nhóm 2 122 Hình 3.23: Học sinh xử lí số liệu thu được. 123 Hình 3.24: Đại diện nhóm 1 lên giải quyết tình huống 124 Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
viii DANH MỤC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ Bảng 1.1: Bảng tiêu chí đánh giá năng lực vật lí của học sinh 19 Bảng 2.1: Dụng cụ các thí nghiệm định tính Error! Bookmark not defined. Bảng 2.2: Dụng cụ thí nghiệm định lượng khảo sát ba định luật chất khí 52 Bảng 2.3: Bảng số liệu thu được của thí nghiệm khảo sát định luật Boyle Mariotte 56 Bảng 2.4: Bảng số liệu thu được của thí nghiệm khảo sát định luật Charles Error! Bookmark not defined. Bảng 2.5: Bảng số liệu thu được của thí nghiệm khảo sát định luật Gay luysac Error! Bookmark not defined. Bảng 2.6: Các dụng cụ để chế tạo động cơ Stirling 62 Bảng 2.7: Các vật liệu để chế tạo động cơ Stirling 63 Bảng 2.8: Bảng tiêu chí đánh giá năng lực vật lí của học sinh trong dạy học bài “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle – Mariotte” 93 Bảng 2.9: Bảng tiêu chí đánh giá năng lực vật lí của học sinh trong dạy học bài “Quá trình đẳng tích. Định luật Charles” 99 Bảng 3.1: Bảng đánh giá năng lực vật lí của học sinh 119 Bảng 3.2: Bảng đánh giá định lượng năng lực vật lí của học sinh 124 Bảng 3.3: Các mức độ đạt được năng lực vật lí của học sinh. 125 Bảng 3.4: Mức độ đạt được năng lực thành tố thứ 1 của học sinh. 125 Bảng 3.5: Mức độ đạt được năng lực thành tố thứ 2 của học sinh. 126 Bảng 3.6: Mức độ đạt được năng lực thành tố thứ 3 của học sinh. 127 Sơ đồ 1.1: Tiến trình xây dựng thí nghiệm gắn kết cuộc sống 12 Sơ đồ 1.2: Tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm gắn kết cuộc sống 14 Sơ đồ 2.1: Nguyên lí hoạt động của động cơ 32 Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Chúng ta đang ở thế kỉ 21, thế kỉ mà tri thức và trí tuệ sáng tạo của con người được coi là yếu tố quan trọng quyết định sự phát triển của xã hội. Nước ta đang trên đà phát triển và hội nhập với các nước trong khu vực và trên thế giới. Sự phát triển kinh tế - xã hội trong bối cảnh toàn cầu hóa đặt ra những yêu cầu mới đối với người lao động, do đó cũng đặt ra những yêu cầu mới cho sự nghiệp giáo dục thế hệ trẻ và đào tạo nguồn nhân lực. Mục tiêu của Chương trình giáo dục phổ thông 2018 là dạy học phát triển phẩm chất và năng lực, trong đó chú trọng phát triển các năng lực đặc thù gắn với môn học. Để phát triển năng lực vật lí, mà quan trọng là thành tố tìm hiểu tự nhiên dưới góc độ vật lí, chương trình nhấn mạnh tăng cường các giờ thực hành, thí nghiệm. Do những yêu cầu về đổi mới phương pháp dạy học, việc trang bị đầy đủ các phương tiện dạy học ở các trường phổ thông trở nên rất cấp thiết, và tùy từng bộ môn mà có những phương tiện dạy học phù hợp với việc đổi mới phương pháp dạy học. Vật lí là một môn khoa học thực nghiệm, các kiến thức mới trong sách giáo khoa Vật lí trung học phổ thông chủ yếu được hình thành thông qua các thí nghiệm và thực hành. Vì thế, các phương tiện thí nghiệm Vật lí đóng vai trò quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học Vật lí hiện nay. Thực tế ở nước ta, các phương tiện dạy học Vật lí còn hạn chế, một số nội dung thí nghiệm trong sách giáo khoa còn chưa có dụng cụ thí nghiệm, việc sử dụng các thí nghiệm gắn kết cuộc sống của học sinh còn rất khó khăn. Có một số công trình nghiên cứu đã thiết kế một số thí nghiệm rất hay nhưng chưa thực sự đem thí nghiệm vào việc dạy học và chưa thực sự gắn kết với cuộc sống học sinh. Chẳng hạn như: + “Các phương tiện dạy học hiện đại trong dạy học vật lí” tác giả Hà Văn Hùng – Trường ĐHSP Vinh. + “Những thực nghiệm khoa học lí thú, bổ ích, dễ làm”, Vũ Bội Tuyền, Văn Thị Đức – Nhà xuất bản Thanh niên. + “Thí nghiệm vật lí với dụng cụ tự làm từ chai nhựa và vỏ lon” tác giả Nguyễn Ngọc Hưng – Trường ĐHSP Hà Nội. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
2 + “Trò chơi vật lí trong trường phổ thông”, B.F.Bilimovich, NXB Đại học quốc gia Hà Nội. Theo chương trình sách giáo khoa Vật lí lớp 10, nội dung phần Nhiệt học có rất nhiều ứng dụng trong thực tế, có hai bộ thí nghiệm phục vụ dạy học phần này là thí nghiệm khảo sát định luật Boyle – Mariotte và khảo sát định luật Charles, tuy nhiên độ bền và độ chính xác còn nhiều hạn chế. Ngoài ra, các kiến thức khác chưa có thí nghiệm hỗ trợ, gây ra khó khăn trong dạy học. Theo chương trình giáo dục phổ thông mới ban hành năm 2018: “Thí nghiệm, thực hành đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc hình thành khái niệm, quy luật, định luật Vật lí”. Chính vì vậy, việc tăng cường các thiết bị hướng tự làm gắn kết cuộc sống, sử dụng trong hoạt động dạy học có nhiều ưu điểm: khắc phục tình trạng học chay, học qua thí nghiệm mô phỏng hiện nay, vừa giúp học sinh được tìm tòi, khám phá ra kiến thức, phát triển năng lực vật lí của bản thân vừa phát triển được các năng lực chung (năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực tự chủ và tự học, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo). Đó là lí do chúng tôi chọn nghiên cứu đề tài “Xây dựng và sử dụng thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống trong dạy học phần Nhiệt học - Vật lí 10”. 2. Mục đích của đề tài Xây dựng được một số thí nghiệm gắn kết cuộc sống và sử dụng trong dạy học phần Nhiệt học – Vật lí 10 THPT nhằm phát triển năng lực vật lí của học sinh. 3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu - Hoạt động dạy học nội dung kiến thức phần Nhiệt học – Vật lí 10. - Cách thức tổ chức hoạt động dạy học sử dụng thí nghiệm dạy học môn Vật lí 10. 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Nội dung kiến thức phần Nhiệt học – Vật lí 10. 4. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng được một số thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống và sử dụng trong dạy học giải quyết vấn đề thì sẽ phát triển được năng lực vật lí của học sinh. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
3 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lí luận về phương tiện dạy học thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường trung học phổ thông. - Nghiên cứu nội dung phần Nhiệt học chương trình Vật lí 10. - Nghiên cứu các thí nghiệm ứng với từng cơ sở kiến thức phần Nhiệt học. - Nghiên cứu cách lồng ghép kiến thức trong quá trình hướng dẫn học sinh làm thiết bị. - Thiết kế, chế tạo bộ dụng cụ thí nghiệm sử dụng dạy học phần Nhiệt học chương trình Vật lí 10. - Xây dựng tiến trình dạy học sử dụng thí nghiệm gắn kết cuộc sống trong phần Nhiệt học – Vật lí 10. - Xây dựng mẫu phiếu học tập, phiếu theo dõi, thông tin bổ sung và các công cụ hỗ trợ cho học sinh. - Xây dựng bảng công cụ kiểm tra đánh giá năng lực Vật lí của học sinh. - Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá giả thuyết khoa học. 6. Phương pháp nghiên cứu 6.1. Phương pháp nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu và nắm vững mục tiêu chung trong giáo dục, mục tiêu giáo dục của môn Vật lí ở trường phổ thông hiện nay. - Nghiên cứu các tài liệu về tâm lí học, lí luận dạy học phổ thông, lí luận dạy học hiện đại, các văn kiện đại hội Đảng về đổi mới giáo dục, các bài báo, tạp chí có liên quan - Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học thí nghiệm Vật lí ở trường phổ thông. Từ đó hình thành ý tưởng xây dựng bộ thí nghiệm gắn kết cuộc sống trong dạy học phần Nhiệt học chương trình Vật lí 10. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
4 - Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên và các tài liệu có liên quan để xác định kiến thức, kĩ năng, thái độ mà học sinh cần nắm vững. Từ đó định hướng phát triển năng lực Vật lí của học sinh. 6.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm - Tiến hành dạy thực nghiệm ở trường phổ thông theo quy trình, phương pháp và cách tổ chức tiến trình dạy học đã đề xuất. - Phân tích kết quả thu được trong quá trình thực nghiệm sư phạm từ đó rút ra kết luận của đề tài. - Phương tiện: phiếu khảo sát, phiếu đánh giá, dụng cụ ghi chép, ghi hình. 6.3. Phương pháp thống kê toán học - Sử dụng các phương pháp thống kê, mô tả toán học để trình bày kết quả thực nghiệm sư phạm. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
5 CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ DẠY HỌC THÍ NGHIỆM VẬT LÍ GẮN KẾT CUỘC SỐNG HỌC SINH 1.1. Thí nghiệm vật lí 1.1.1. Khái niệm thí nghiệm vật lí - Tác giả Nguyễn Đức Thâm định nghĩa: “Thí nghiệm Vật lí là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới.”[9] - Theo tác giả Nguyễn Đăng Thuấn, TN vật lí có một số đặc điểm sau [8]: + Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết. Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: đối tượng cần nghiên cứu, phương tiện gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động. + Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác được giữ không đổi. + Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởng của các nhiễu (nghĩa là loại bỏ tối đa một số điều kiện để không làm xuất hiện các tính chất, các mối quan hệ không được quan tâm). + Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của các đại lượng khác. Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc. + Có thể lặp lại được thí nghiệm. Điều này có nghĩa là: với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì khi bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện tượng, quá trình vật lí phải diễn ra trong TN giống như ở các lần TN trước. 1.1.2. Chức năng của thí nghiệm vật lí trong dạy học Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
6 - Thí nghiệm vật lí đóng vai trò quan trọng trong việc dạy và học vật lí của giáo viên và học sinh. Việc hiểu rõ chức năng của thí nghiệm vật lí giúp chúng ta hiểu được sử dụng thí nghiệm vật lí trong dạy học là điều cần thiết, đồng thời giúp chúng ta xác lập được sẽ sử dụng thí nghiệm ở giai đoạn nào, sử dụng như thế nào, sử dụng kiểu thí nghiệm nào trong quá trình tổ chức dạy học vật lí. - Quá trình dạy và học là một quá trình gồm hai hoạt động chính tương tác lẫn nhau là hoạt động dạy của giáo viên và hoạt động nhận thức của học sinh. Chính vì vậy, cần phân tích chức năng của thí nghiệm vật lí trong dạy học trên hai quan điểm: Quan điểm lí luận nhận thức và quan điểm lí luận dạy học. - Theo quan điểm của lí luận nhận thức , trong Giáo trình thí nghiệm trong dạy học vật lí, thí nghiệm có các chức năng sau [10]: + Thí nghiệm là phương tiện để thu nhận tri thức: TN là một phương tiện quan trọng của hoạt động nhận thức của con người, thông qua TN con người đã thu nhận được những tri thức khoa học cần thiết nhằm nâng cao năng lực của bản thân để có thể tác động và cải tạo thực tiễn. Trong dạy học, TN là phương tiện của hoạt động nhận thức của HS, nó giúp người học trong việc tìm kiếm và thu nhận kiến thức khoa học cần thiết. Thực tế, trong dạy học nói chung và dạy học VL nói riêng, đối với những bài học có liên quan đến những hiện tượng, nếu GV giảng dạy theo lối thông báo TN thì HS sẽ thụ động tiếp nhận kiến thức, nhưng nếu dùng TN thì thông qua TN, HS không những tiếp thu kiến thức một cách một cách tự lực, mà qua đó làm cho HS tích cực, sáng tạo hơn trong hoạt động nhận thức, từ đó họ hăng hái tham gia vào công cuộc khám phá kiến thức mới thông qua TN. + Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của tri thức: Trong dạy học VL, TN là một trong những phương tiện tốt để kiểm tra kiến thức VL đã được khái quát hoá từ lí thuyết. Thực tế cho thấy, từ sự khái quát hoá lí thuyết rồi đưa ra TN để kiểm tra lí thuyết không những làm cho hoạt động nhận thức của HS tích cực hơn mà còn tạo được niềm tin về sự đúng đắn của kiến thức mà HS đã lĩnh hội. Như vậy, TN đã góp phần tích cực vào hoạt động nhận thức của HS, kiểm chứng sự đúng đắn trong suy luận và những kiến thức mà HS thu nhận được. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
7 + Thí nghiệm là phương tiện để vận dụng tri thức vào thực tiễn: Trong dạy học VL, TN không những có vai trò rất lớn trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS, thể hiện ở khía cạnh cung cấp kiến thức, rèn luyện thao tác chân tay, tác động đến giác quan của HS, mà TN còn có một vai trò rất lớn khác trong việc giúp HS củng cố và vận dụng kiến thức một cách vững chắc. Các kiến thức VL được giảng dạy trên lớp cần phải được khắc sâu trong tiềm thức của HS, theo đó, HS phải thường xuyên củng cố và vận dụng kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, vấn đề này sẽ được thực hiện tốt nếu chúng ta biết vận dụng TN để giải quyết, TN VL giúp cho HS có điều kiện vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, từ đó xoá bỏ dần lối học vẹt, lí thuyết suông đã tồn tại nhiều năm trước đây. + Thí nghiệm là một bộ phận của phương pháp nhận thức vật lí: Đối với phương pháp thực nghiệm, thí nghiệm có mặt ở nhiều khâu: làm xuất hiện vấn đề nghiên cứu, kiểm tra tính đúng đắn của các giả thuyết, Đối với phương pháp mô hình, thí nghiệm giúp thu thập các thông tin về đối tượng gốc làm cơ sở cho việc xây dựng mô hình, giúp kiểm tra tính đúng đắn của mô hình được xây dựng và chỉ ra giới hạn áp dụng của tri thức. - Theo quan điểm của lí luận dạy học, trong Giáo trình thí nghiệm trong dạy học vật lí, thí nghiệm có các chức năng sau [10]: + Thí nghiệm có thể được sử dụng trong hầu hết các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy học: từ khâu đề xuất vấn đề nghiên cứu, giải quyết vấn đề, hình thành kiến thức, kĩ năng mới, củng cố kiến thức và kiểm tra đánh giá kiến thức kĩ năng, kĩ xảo của học sinh. Trong giai đoạn đề xuất vấn đề nghiên cứu, TN tạo điều kiện cho học sinh nhanh chóng tiếp cận mục tiêu nghiên cứu thông qua việc quan sát hiện tượng và thu thập số liệu từ thí nghiệm. Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới, TN cung cấp các số liệu làm cơ sở vững chắc để khái quát vật lí, kiểm chứng các giả thuyết hoặc các hệ quả logic của giả thuyết, từ đó hình thành kiến thức mới. Trong giai đoạn củng cố kiến thức, kĩ năng cho học sinh, TN có vai trò không những kiểm tra kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo của học sinh mà còn đánh giá được khả năng tự lực, sáng tạo của học sinh trong quá trình thí nghiệm. Nhờ có TN, niềm tin vào kiến thức được hình thành, từ đó hình thành thế giới quan khoa học cho HS. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
8 + Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển toàn diện nhân cách của học sinh: Việc sử dụng TN trong dạy học góp phần quan trọng vào việc hoàn thiện những phẩm chất và năng lực của HS, đưa đến sự phát triển toàn diện cho người học. Trước hết, TN là phương tiện nhằm góp phần nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo VL cho HS. Nhờ TN HS có thể hiểu sâu hơn bản chất VL của các hiện tượng, định luật, quá trình được nghiên cứu và do đó có khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS sẽ linh hoạt và hiệu quả hơn. Thông qua TN, bản thân HS cần phải tư duy cao mới có thể khám phá ra được những điều cần nghiên cứu. Thực tế cho thấy, trong dạy học VL, đối với các bài giảng có sử dụng TN, thì HS lĩnh hội kiến thức rộng hơn và nhanh hơn, HS quan sát và đưa ra những dự đoán, những ý tưởng mới, nhờ đó hoạt động nhận thức của HS sẽ được tích cực và tư duy của các em sẽ được phát triển tốt hơn. + Thí nghiệm là phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh: Thông qua việc tiến hành TN, HS có cơ hội trong việc rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành, góp phần thiết thực vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho HS. TN còn là điều kiện để HS rèn luyện những phẩm chất của người lao động mới, như: đức tính cẩn thận, kiên trì, trung thực Xét trên phương diện thao tác kĩ thuật, chúng ta không thể phủ nhận vai trò của TN đối với việc rèn luyện sự khéo léo tay chân của HS. Trong dạy học VL, đối với những bài giảng có TN thì GV cần phải biết hướng HS vào việc cho họ tự tiến hành TN, có như vậy kiến thức các em thu nhận được sẽ vững vàng hơn, rèn luyện được cho các em sự khéo léo chân tay, khả năng quan sát tinh tế, tỉ mỉ hơn và chính xác hơn. Có như thế, khả năng hoạt động thực tiễn của HS sẽ được nâng cao. + Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập của học sinh: TN là phương tiện gây hứng thú, là yếu tố kích thích tính tò mò, ham hiểu biết của HS học tập, nhờ đó làm cho các em tích cực và sáng tạo hơn trong quá trình nhận thức. Chính nhờ TN và thông qua TN mà ở đó HS tự tay tiến hành các TN, các em sẽ thực hiện các thao tác TN một cách thuần thục, khơi dậy ở các em sự say sưa, tò mò để khám phá ra những điều mới, những điều bí ẩn từ TN và cao hơn là hình thành nên những ý tưởng cho những TN mới. Thông qua TN, nhờ vào sự tập trung chú ý, quan sát sự vật, hiện tượng có thể tạo cho HS sự ham thích tìm hiểu những đặc tính, quy luật diễn biến của hiện tượng đang quan sát giúp cho quá trình hoạt động nhận thức của học sinh tích cực hơn. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
9 + Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức hoạt động của học sinh: TN là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc độc lập hoặc tập thể qua đó góp phần bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của HS. Qua TN đòi hỏi HS phải làm việc tự lực hoặc phối hợp tập thể, nhờ đó có thể phát huy vai trò cá nhân hoặc tính cộng đồng trách nhiệm trong công việc của các em. + Thí nghiệm vật lí góp phần đơn giản hóa các hiện tượng và quá trình vật lí: TN VL góp phần đơn giản hoá hiện tượng, tạo trực quan sinh động nhằm hỗ trợ cho tư duy trừu tượng của HS, giúp cho HS tư duy trên những đối tượng cụ thể, những hiện tượng và quá trình đang diễn ra trước mắt họ. Các hiện tượng trong tự nhiên xảy ra vô cùng phức tạp, có mối quan hệ chằng chịt lấy nhau, do đó không thể cùng một lúc phân biệt những tính chất đặc trưng của từng hiện tượng riêng lẻ, cũng như không thể cùng một lúc phân biệt được ảnh hưởng của tính chất này lên tính chất khác. Chính nhờ TN VL đã góp phần làm đơn giản hoá các hiện tượng, làm nổi bật những khía cạnh cần nghiên cứu của từng hiện tượng và quá trình VL giúp cho HS dễ quan sát, dễ theo dõi và dễ tiếp thu bài. 1.1.3. Phân loại thí nghiệm vật lí trong dạy học - Theo giáo trình thí nghiệm trong dạy học vật lí, mỗi thí nghiệm tiến hành trong tiết học đều được quy về một trong hai dạng thí nghiệm sau [10]: a) Thí nghiệm biểu diễn: - Là thí nghiệm do giáo viên trình bày ở lớp. Căn cứ vào mục đích, có thể chia thí nghiệm biểu diễn thành 3 loại: + Thí nghiệm nêu vấn đề: Thí nghiệm này nhằm nêu lên vấn đề cần nghiên cứu tạo ra tình huống có vấn đề làm tăng hiệu quả của dạy học. + Thí nghiệm giải quyết vấn đề: Thí nghiệm thuộc bài này được thực hiện giải quyết vấn đề đặt ra sau phần nêu vấn đề. Bao gồm hai loại thí nghiệm: ● Thí nghiệm khảo sát: là thí nghiệm tiến hành nghiên cứu vấn đề đặt ra thông qua đó giáo viên hướng dẫn học sinh đi đến khái niệm cần thiết. ● Thí nghiệm kiểm chứng: là thí nghiệm dùng ềđ kiểm tra lại những kết luận được suy ra từ lí thuyết. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
10 + Thí nghiệm củng cố: Thí nghiệm thuộc loại này dùng để củng cố kiến thức đã nghiên cứu bao gồm cả những thí nghiệm nói lên ứng dụng của kiến thức vật lí trong đời sống và trong kĩ thuật. b) Thí nghiệm thực hành vật lí - Là thí nghiệm do tự tay học sinh tiến hành dưới sự hướng dẫn của giáo viên. Với dạng thí nghiệm này có nhiều cách phân loại, tùy theo căn cứ để phân loại: - Căn cứ vào nội dung có thể chia thí nghiệm thực hành thành hai loại: + Thí nghiệm thực hành định tính: loại thí nghiệm này có ưu điểm nêu bật bản chất hiện tượng. + Thí nghiệm thực hành định lượng: loại thí nghiệm này có ưu điểm giúp học sinh nắm được quan hệ giữa các đại lượng vật lí một cách chính xác rõ ràng. - Căn cứ vào tính chất có thể chia thí nghiệm thành hai loại: + Thí nghiệm thực hành khảo sát: loại thí nghiệm này học sinh chưa biết kết quả thí nghiệm, phải thông qua thí nghiệm mới tìm ra được các kết luận cần thiết. Loại thí nghiệm này được tiến hành trong khi nghiên cứu kiến thức mới. + Thí nghiệm kiểm nghiệm: loại thí nghiệm này được tiến hành kiểm nghiệm lại những kết luận đã được khẳng định cả về lí thuyết và thực nghiệm nhằm đào sâu vấn đề hơn. - Căn cứ vào hình thức tổ chức thí nghiệm, có thể chia thí nghiệm thực hành thành 3 loại: + Thí nghiệm thực hành đồng loạt: loại thí nghiệm này tất cả các nhóm học sinh đều cùng làm một thí nghiệm, cùng thời gian và cùng một kết quả. + Thí nghiệm thực hành loại phối hợp: trong hình thức tổ chức này học sinh được chia thành nhiều nhóm khác nhau, mỗi nhóm chỉ làm thí nghiệm một phần đề tài trong thời gian như nhau, sau đó phối hợp các kết quả của các nhóm lại sẽ được kết quả cuối cùng của đề tài. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
11 + Thí nghiệm thực hành cá thể: trong hình thức tổ chức này các nhóm học sinh làm thí nghiệm trong cùng thời gian hoặc cùng đề tài nhưng dụng cụ và phương pháp khác nhau. 1.2. Thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống học sinh. 1.2.1. Khái niệm thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống học sinh. - Theo tác giả Nguyễn Đăng Thuấn (2018):“Thí nghiệm vật lí gắn kết với cuộc sống là các thí nghiệm xuất phát từ các vấn đề thực tiễn cuộc sống, được thực hiện bằng các phương tiện gần gũi, thực hiện trong các hoàn cảnh cuộc sống và trả lời các câu hỏi vật lí cũng như câu hỏi gần gũi khác từ cuộc sống”.[8] 1.2.2. Vai trò của thí nghiệm gắn kết cuộc sống sử dụng trong dạy học vật lí - Quá trình dạy và học vật lí ngày nay hướng đến phát triển năng lực vật lí cho học sinh. Vì vậy, sử dụng thí nghiệm gắn kết cuộc sống trong dạy học vật lí là điều cần thiết. Nó tạo điều kiện cho giáo viên – học sinh gắn kết các kiến thức vật lí vào thực tiễn, qua đó phát triển năng lực vật lí cho học sinh. - Thông qua các thí nghiệm gắn kết cuộc sống, học sinh không những được rèn luyện kĩ năng thực hành, kĩ năng thao tác thí nghiệm mà còn rèn luyện được kĩ năng quan sát hiện tượng, giải thích được các hiện tượng thực tế trong cuộc sống. - Sự hấp dẫn và gần gũi của các thí nghiệm gắn kết cuộc sống của học sinh. Học sinh không mất quá nhiều thời gian để làm quen với các dụng cụ thí nghiệm, đồng thời khơi gợi sự ham thích, ham học hỏi của học sinh. Những thí nghiệm gắn kết cuộc sống thường dẫn đến những kết quả thú vị, những khía cạnh vật lí thú vị trong cuộc sống, từ đó khơi gợi cho học sinh sự tò mò, giúp học sinh yêu thích khoa học nói chung và vật lí nói riêng, qua đó tạo động cơ học tập tốt cho học sinh. - Thí nghiệm gắn kết cuộc sống có thể được thực hiện ngoài nhà trường, tạo cơ hội cho học sinh kết nối, tương tác với xã hội. Hình thành năng lực giao tiếp, kĩ năng sống, khẳng định được bản thân. - Thí nghiệm gắn kết cuộc sống là cơ hội đổi mới dạy và học vật lí theo định hướng phát triển năng lực học sinh. - Thí nghiệm gắn kết cuộc sống hoàn thiện quá trình tư duy của học sinh. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
12 1.2.3. Tiến trình xây dựng thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống học sinh Dựa trên tiến trình xây dựng thí nghiệm của tác giả Mai Hoàng Phương [7], chúng tôi điều chỉnh và đưa ra tiến trình xây dựng thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống học sinh như sau: Sơ đồ 1.1: Tiến trình xây dựng thí nghiệm gắn kết cuộc sống - Bước 1: Xuất phát từ một tình huống hay một hiện tượng thực tế trong cuộc sống liên quan đến thí nghiệm, nghiên cứu nội dung bài học. Ví dụ: Một hôm em giúp mẹ làm bánh, một trong những nguyên liệu là lòng đỏ trứng gà nhưng mẹ loay hoay không biết làm sao để tách lòng đỏ trứng gà ra nhanh nhất, vậy em có cách nào có thể giúp mẹ được không? Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
13 Trên cơ sở nghiên cứu nội dung bài học, GV cần xác định những nội dung kiến thức nào trong bài học có thể thiết kế TN để hình thành hoặc minh họa kiến thức cho HS, từ đó có thể đề xuất và lựa chọn phương án TN thích hợp. - Buớc 2: Lựa chọn ý tưởng thí nghiệm phù hợp. Ví dụ: Ứng dụng kiến thức quá trình đẳng nhiệt – Định luật Boyle – Mariotte dùng chai nhựa để tách lòng đỏ trứng. - Bước 3: Dự trù nguyên vật liệu và thiết kế bản vẽ. Ví dụ: Sau khi đã có ý tưởng thì sẽ dự trù thí nghiệm cần sử dụng những nguyên vật liệu nào như chai nhựa, Thiết kế nên bản vẽ cho thí nghiệm. - Bước 4: Gia công, chế tạo dụng cụ thí nghiệm. Khi thiết kế được bản vẽ thí nghiệm, giáo viên sử dụng các dụng cụ để gia công các vật liệu được sử dụng cho thí nghiệm đó. - Bước 5: Lắp ráp, vận hành thí nghiệm. Khi gia công vật liệu xong, bắt đầu tiến hành lắp ráp thí nghiệm hoàn chỉnh. - Bước 6: Vận hành thử nghiệm và hiệu chỉnh. Tiến hành thí nghiệm nhiều lần nhằm thu thập số liệu chuẩn, tạo độ ổn định của thí nghiệm. 1.2.4. Tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống Hiện nay, phương pháp dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề được đánh giá có hiệu quả cao trong việc phát huy tính tích cực, chủ động của người học đồng thời phát huy được các năng lực cốt lõi của học sinh trong giai đoạn hiện nay. Do đó, phương pháp dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề được lựa chọn để vận dụng sử dụng phối hợp các loại hình thí nghiệm vào một tiến trình dạy học cụ thể. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
14 Sơ đồ 1.2: Tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm gắn kết cuộc sống Hoạt động 1: Tổ chức tình huống làm nảy sinh vấn đề. Giáo viên giao cho học sinh một nhiệm vụ có tiềm ẩn vấn đề. Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết, học sinh sẽ nảy sinh nhu cầu về cái còn chưa biết, về một cách giải quyết không có sẵn nhưng có thể tìm tòi, xây dựng được. Hoạt động 2: Phát biểu vấn đề cần giải quyết. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
15 Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh phát biểu vấn đề cần giải quyết (nêu câu hỏi cần trả lời, mà câu trả lời cho câu hỏi nêu ra chính là nội dung kiến thức mới cần xây dựng). Hoạt động 3: Giải quyết vấn đề. - Suy đoán giải pháp giải quyết vấn đề: với sự định hướng của giáo viên, học sinh trao đổi, thảo luận, suy đoán giải pháp giải quyết vấn đề: lựa chọn kiến thức đã biết hoặc đề xuất mô hình giả thuyết có thể vận hành được để đi tới cái cần tìm. - Thực hiện giải pháp đã suy đoán: khảo sát lí thuyết và hoặc khảo sát thực nghiệm. - Học sinh vận hành mô hình (kiến thức đã biết, giả thuyết), rút ra kết luận logic về cái cần tìm; thiết kế phương án thí nghiệm (TN), tiến hành TN, thu thập và xử lí số liệu cần thiết, rút ra kết luận về cái cần tìm. - Dùng sách giáo khoa và sơ đồ tư duy để thể hiện kiến thức, nội dung học, học sinh nhận thức được vấn đề mình cần làm thí nghiệm để kiểm tra. Hoạt động 4: Kết luận. - Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh xem xét sự phù hợp giữa kết luận có được nhờ suy luận lí thuyết (mô hình hệ quả logic) với kết luận có được từ các dữ liệu thực nghiệm (mô hình xác nhận). - Khi có sự phù hợp giữa hai kết luận này thì quy nạp chấp nhận kết quả tìm được. Kết luận vừa tìm được trở thành kiến thức mới. - Khi không có sự phù hợp giữa hai kết luận này thì: + Xem quá trình thực thi thí nghiệm đã đảm bảo các điều kiện của TN chưa. + Nếu quá trình thực hành thí nghiệm đã đảm bảo các điều kiện của TN thì xem lại quá trình vận hành mô hình xuất phát. Nếu quá trình vận hành mô hình không mắc sai lầm thì sẽ dẫn tới phải bổ sung, sửa đổi mô hình xuất phát, thậm chí phải xây dựng mô hình mới. Mô hình mới thường khái quát hơn mô hình trước đó, xem mô hình trước như là trường hợp riêng, trường hợp giới hạn của nó. Điều này cũng có nghĩa là chỉ ra phạm vi áp dụng của mô hình xuất phát ban đầu. - Giáo viên chính xác hóa, bổ sung, thể chế hóa kiến thức mới. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
16 Hoạt động 5: Vận dụng, mở rộng - Vận dụng kiến thức mới đã thu được để giải thích các vấn đề tương tự, các hiện tượng trong cuộc sống. 1.3. Năng lực vật lí 1.3.1. Khái niệm năng lực - Năng lực được định nghĩa bằng nhiều cách gắn với các lĩnh vực khác nhau, trong những tình huống và ngữ cảnh riêng biệt. - Theo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018: “Năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể”.[3] 1.3.2. Khái niệm năng lực vật lí - Năng lực khoa học trong môn Vật lí gọi là năng lực vật lí. Qua các nghiên cứu có thể thấy định nghĩa về năng lực khoa học có các biểu hiện gần giống với năng lực vật lí được quy định trong chương trình Giáo dục phổ thông – Chương trình tổng thể. [4] - Theo Tổ chức Hợp tác Kinh tế và Phát triển, năng lực khoa học là [5]: (1) Kiến thức khoa học của một cá nhân và sử dụng kiến thức khoa học đó để nhận biết các câu hỏi, tiếp thu kiến thức mới, giải thích các hiện tượng khoa học và rút ra các kết luận có vấn đề; (2) Nhận dạng được vấn đề và rút ra được kết luận có cơ sở về các vấn đề liên quan đến khoa học; (3) Hiểu biết của cá nhân về đặc điểm đặc trưng của khoa học; (4) Nhận thức của cá nhân đó về những ảnh hưởng của khoa học và công nghệ tới đời sống, vật chất, tinh thần và văn hóa của con người; (5) Sự sẵn sàng tham gia vào các vấn đề liên quan tới khoa học với tư cách là một công dân có hiểu biết và tư duy khoa học. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
17 1.3.3. Biểu hiện năng lực vật lí của học sinh - Theo Chương trình giáo dục phổ thông môn vật lí 2018, biểu hiện cụ thể của năng lực vật lí của học sinh được thể hiện qua 3 năng lực thành tố [1]: a) Nhận thức vật lí - Nhận thức được kiến thức, kĩ năng phổ thông cốt lõi về: mô hình vật lí; năng lượng và sóng; lực và trường; nhận biết được một số ngành, nghề liên quan đến vật lí, cụ thể là: + Nhận biết và nêu được các đối tượng, khái niệm, hiện tượng, quy luật, quá trình vật lí. + Trình bày được các hiện tượng, quá trình vật lí, đặc điểm, vai trò của các hiện tượng, quá trình vật lí bằng các hình thức biểu đạt: nói, viết, đo, tính, vẽ, lập sơ đồ, biểu đồ. + Tìm được từ khóa, sử dụng thuật ngữ khoa học, kết nối được thông tin theo logic có ý nghĩa, lập được dàn ý khi đọc và trình bày các văn bản khoa học. + So sánh, lựa chọn, phân loại, phân tích được các hiện tượng, quá trình vật lí theo các tiêu chí khác nhau. + Giải thích được mối quan hệ giữa các sự vật, hiện tượng, quá trình. + Nhận ra điểm sai và chỉnh sửa được nhận thức hoặc lời giải thích, đưa ra được những nhận định có liên quan đến chủ đề thảo luận. + Nhận ra được một số ngành nghề phù hợp với thiên hướng của bản thân. b) Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí Tìm hiểu một số hiện tượng, quá trình vật lí đơn giản, gần gũi trong đời sống và trong thế giới tự nhiên; sử dụng được các chứng cứ khoa học để kiểm tra các dự đoán, lí giải các chứng cứ, rút ra các kết luận, biểu hiện cụ thể là: + Đề xuất vấn đề liên quan đến vật lí: Nhận ra và đặt được câu hỏi liên quan đến vấn đề; phân tích được bối cảnh để đề xuất được vấn đề nhờ kết nối tri thức, kinh nghiệm đã có và dùng ngôn ngữ của mình để biểu đạt vấn đề đã đề xuất. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
18 + Đưa ra phán đoán và xây dựng giả thuyết: phân tích vấn đề để nêu được phán đoán, xây dựng và phát biểu được giả thuyết cần tìm hiểu. + Lập kế hoạch thực hiện: Xây dựng được khung logic nội dung tìm hiểu; lựa chọn được phương pháp thích hợp (quan sát, thực nghiệm, điều tra, phỏng vấn, tra cứu tài liệu). + Thực hiện kế hoạch: Thu thập, lưu giữ được dữ liệu từ kết quả tổng quan, thực nghiệm, điều tra; đánh giá được kết quả dựa trên phân tích, xử lí các dữ liệu bằng các tham số thống kê đơn giản; so sánh được kết quả với giả thuyết; giải thích rút ra được kết luận và điều chỉnh khi cần thiết. + Viết, trình bày báo cáo và thảo luận: Sử dụng ngôn ngữ, hình vẽ, sơ đồ để biểu đạt được quá trình và kết quả tìm hiểu; viết được báo cáo sau quá trình tìm hiểu; hợp tác được với đối tác bằng thái độ tích cực và tôn trọng quan điểm, ý kiến đánh giá do người khác đưa ra để tiếp thu tích cực và giải thích, phản biện, bảo vệ được kết quả tìm hiểu một cách thuyết phục. + Đề xuất ý kiến, giải pháp: đề xuất ý kiến vận dụng kết quả tìm hiểu, nghiên cứu vấn đề nghiên cứu tiếp theo. c) Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học + Giải thích, chứng minh được một vấn đề thực tiễn. + Đánh giá, phản biện được ảnh hưởng của một vấn đề thực tiễn. + Thiết kế được mô hình, lập được kế hoạch, đề xuất và thực hiện được một số phương pháp hay biện pháp mới. + Nêu được giải pháp và thực hiện được một số giải pháp để bảo vệ thiên nhiên, thích ứng với biến đổi khí hậu, có hành vi, thái độ hợp lí nhằm phát triển bền vững. 1.3.4. Biện pháp phát huy năng lực vật lí của học sinh - Trong Dạy học phát triển năng lực môn Vật lí THPT, một số biện pháp nhằm phát huy năng lực vật lí của học sinh: + Tăng cường sử dụng các phương pháp dạy học có khả năng giúp học sinh phát triển năng lực vật lí như dạy học trên cơ sở vấn đề, Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
19 + Xây dựng và sử dụng bài tập phát triển năng lực, đặc biệt quan tâm đến bài tập thực nghiệm và bài tập gắn với thực tiễn. Các bài tập này cũng là cơ hội để người học thực hiện các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, diễn dịch, quy nạp, + Thường xuyên tổ chức cho học sinh thực hiện các dự án, các hoạt động trải nghiệm, qua đó phát triển được các kĩ năng của học sinh như điều tra, quan sát, thu thập thông tin, tạo thói quen suy nghĩ độc lập, sáng tạo, tính kiên nhẫn khi học tập. 1.3.5. Bảng tiêu chí đánh giá năng lực vật lí của học sinh Trên cơ sở yêu cầu cần đạt của năng lực vật lí trong chương trình giáo dục môn Vật lí năm 2018, tham khảo các nghiên cứu “Dạy học và phát triển năng lực môn Vật lí THPT”, chúng tôi xây dựng các thành tố năng lực, các chỉ số hành vi và mức độ chất lượng của từng hành vi thuộc năng lực vật lí của học sinh được thể hiện qua bảng 1.1: Bảng 1.1: Bảng tiêu chí đánh giá năng lực vật lí của học sinh. Năng lực Chỉ số Các mức độ biểu hiện hành vi thành tố hành vi Mức 4 Mức 3 Mức 2 Mức 1 1. Nhận 1.1. Trình Tự trình bày Trình bày Trình bày Chưa thức vật bày được các được kiến thức được kiến được kiến trình bày lí kiến thức vật đầy đủ, chính thức với sự thức, được hoặc lí phổ thông xác. trợ giúp nhưng trình bày bằng các của người chưa đầy sai. hình thức khác. đủ. biểu đạt: nói, viết, vẽ, lập sơ đồ. 1.2. Mô tả Tự diễn đạt Diễn đạt Tìm được Chưa mô các tình được tình được tình các từ khóa tả được. huống (hiện huống thông huống trong tình tượng, quá các kiến thức thông các huống liên trình tự vật lí liên quan kiến thức quan đến Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
20 nhiên) thông (gồm tìm ra các vật lí liên các kiến qua các kiến kiến thức vật lí, quan với sự thức vật lí. thức vật lí. phân tích mối hỗ trợ của liên hệ các kiến người thức, đánh giá, khác. phản biện). 1.3. Thiết Tự thiết lập, Thiết lập, Thiết lập, Chưa thể lập, chứng chứng minh chứng chứng hiện được minh được được kiến thức. minh được minh được hoặc thể các kiến thức kiến thức kiến thức hiện sai. vật lí. thông qua nhưng trợ giúp chưa hoàn của người chỉnh. khác (giáo viên, bạn bè). 1.4. Nhận ra Lựa chọn được Kể ra được Kể ra được Chưa chỉ được một số một số ngành, một số một số ra được ngành, nghề nghề liên quan ngành, ngành, hoặc chỉ liên quan đến đến kiến thức nghề liên nghề liên chưa vật lí phù bài học phù hợp quan đến quan đến chính xác. hợp với thiên với thiên hướng kiến thức kiến thức hướng của của bản thân vật lí trong vật lí trong bản thân. (có lí giải). bài học và bài học mà lí giải không lí được. giải được. 2. Tìm 2.1. Đặt câu Tự đặt ra được Đặt ra được Đặt được Chưa đặt hiểu thế hỏi/ vấn đề câu hỏi chính câu hỏi câu hỏi được câu giới tự xác, ngắn gọn. dưới sự hỗ nhưng hỏi hoặc Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
21 nhiên liên quan đến trợ của chưa cụ đặt câu dưới góc vật lí. người thể, diễn hỏi chưa độ vật lí khác. đạt còn dài trúng. dòng. 2.2. Đề xuất Đưa ra được Đưa ra Đưa ra Chưa đề được dự dự đoán có căn được dự được dự xuất được đoán (giả cứ và diến đạt đoán có sự đoán hoặc đề thuyết) cho ngắn gọn, khoa trao đổi với nhưng xuất chưa vấn đề. học. bạn bè. chưa có căn chính xác. cứ. 2.3. Xây Tự xây dựng Xây dựng Xây dựng Chưa đưa dựng giải được hơn nhiều được giải được 1 ra được pháp (kế (từ 2 trở nên) pháp (gồm phần giải giải pháp hoạch thực giải pháp thực lựa chọn pháp. thực hiện. hiện) gồm: hiện có tính khả phương + PP thực thi. pháp nghiệm: Đề nghiên cứu, xuất phương lập được kế án TN (dụng hoạch thực cụ gì, tiến hiện cụ thể) hành ra sao, với sự hỗ thu thập kết trợ của quả như thế người nào?) khác. + PP lí thuyết: Lựa chọn kiến thức đã biết Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
22 và cách thức biến đổi. 2.4. Thực Tự thực hiện Thực hiện Thực hiện Chưa hiện giải được giải pháp được giải được một thực hiện pháp: đảm bảo thời pháp với sự phần giải được. PP lí thuyết: gian và chất hỗ trợ của pháp (thực thực hiện các lượng. người hiện được biến đổi, rút khác. một số ra nhận xét. công đoạn trong giải PP thực pháp). nghiệm: Bố trí TN, tiến hành TN, thu thập được kết quả, xử lí được số liệu (qua biểu thức, đồ thị ), rút ra nhận xét. 2.5. Trình Trình bày rõ Trình bày Trình bày Chưa bày và thảo ràng, lưu loát được kết được kết thực hiện luận. và thảo luận quả tương quả nhưng được. tích cực (góp ý đối rõ chưa rõ xây dựng, tiếp ràng; ràng; thu tích cực, Thảo luận Chưa tham giải trình, phản tích cực (có gia thảo biện, bảo vệ ý Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
23 kiến cá nhân góp ý, giải luận tích thuyết phục). trình nhưng cực (chưa chưa thuyết góp ý, tiếp phục). nhận 1 chiều). 2.6. Đánh giá Tự đánh giá Đánh giá Đánh giá Chưa quá trình đã được quá trình được quá được quá đánh giá thực hiện, đề đã thực hiện, đề trình thực trình thực được quá xuất giới hạn xuất giới hạn áp hiện (ưu, hiện (ưu, trình thực áp dụng của dụng của kết nhược, nhược, hiện. kết quả và quả và vấn đề kinh kinh vấn đề nghiên cứu tiếp nghiệm) và nghiệm). nghiên cứu theo một cách đề xuất tiếp theo. rõ ràng, đầy đủ. được giới hạn áp dụng của kết quả khi có sự hỗ trợ của người khác. 3. Vận 3.1. Giải Tự giải thích Giải thích Giải thích Chưa giải dụng thích được được một cách được với sự được 1 thích kiến các hiện chính xác, rõ hỗ trợ của phần hiện được. thức, kĩ tượng tự ràng. người tượng. năng đã nhiên, các khác. học ứng dụng kĩ thuật của kiến thức Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
24 trong thực tiễn. 3.2. Giải Tự giải được Giải được Thực hiện Chưa giải được các bài bài tập theo bài tập với được một được bài tập vật lí (lí đúng các bước, sự trợ giúp phần lời tập. tưởng) liên đúng kết quả. của người giải (vận quan. khác. dụng được công thức nhưng sai đáp số hoặc vận dụng sai công thức). 3.3. Đánh giá Đánh giá tác Đánh giá Chứng Chưa tác động của động của vấn được tác minh, phản thực hiện vấn đề thực đề thực tiễn và động của biện được được. tiễn và đề đề xuất được vấn đề thực ảnh hưởng xuất được giải pháp giải tiễn và đề của vấn đề giải pháp quyết có cơ sở. xuất được thực tiễn. giải quyết giải pháp (chưa cần nhưng đến mô hình, chưa có cơ thiết bị). sở. 3.4. Thiết kế, Thiết kế, chế Thiết kế, Thiết kế, Chưa chế tạo các tạo, cải tiến mô chế tạo các chế tạo thiết kế mô hình, hình, thiết bị để mô hình, được thiết được. thiết bị đáp vận hành tối thiết bị vận bị nhưng ứng một yêu ưu. hành được chưa hoạt động hoặc Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
25 cụ thể của theo yêu hoạt động thực tiễn. cầu. chưa đáp ứng yêu cầu. 3.5. Giải Giải thích được Giải thích Giải thích Chưa thích và đề ra đầy đủ và thực được các được các thực hiện cách ứng xử hiện được các nguyên tắc nguyên tắc được. thích hợp với nguyên tắc an ứng xử an ứng xử an công nghệ và toàn với tự toàn với toàn với thiên nhiên nhiên và công thiên nhiên thiên nhiên trong một số nghệ trong học và công và công tình huống tập và đời sống. nghệ, từ đó nghệ liên liên quan đến đề xuất quan đến bản thân, gia được giải kiến thức đình và cộng pháp ứng (bảo vệ đồng. xử phù thiên hợp. nhiên, vận hành an toàn thiết bị công nghệ ). Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
26 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Trong chương 1, chúng tôi trình bày về cơ sở lí luận của dạy học sử dụng thí nghiệm gắn kết cuộc sống học sinh; Cơ sở lí luận về năng lực Vật lí bảng tiêu chí đánh giá năng lực Vật lí; Quy trình thiết kế thí nghiệm gắn kết cuộc sống và tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm gắn kết cuộc sống của học sinh. Đầu tiên chúng tôi làm rõ khái niệm thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống. Sau đó, chúng tôi nêu rõ chức năng của thí nghiệm vật lí trong dạy học, từ đó nêu lên vai trò của thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống sử dụng trong dạy học, phân loại thí nghiệm vật lí trong dạy học, trình bày tiến trình xây dựng thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống và tiến trình dạy học thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống học sinh. Sau đó, chúng tôi trình bày khái niệm năng lực vật lí. Cụ thể hơn, chúng tôi đưa ra các biểu hiện của năng lực vật lí của học sinh, các biện pháp phát huy năng lực vật lí của học sinh và bảng tiêu chí đánh giá năng lực vật lí của học sinh. Sau khi nghiên cứu cơ sở lí luận, chúng tôi nhận thấy rằng, dạy học vật lí có sử dụng các thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống sẽ phát huy được năng lực vật lí cho học sinh. Trong chương 2 của luận văn, chúng tôi sẽ trình bày chi tiết hơn việc xây dựng các thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống và tổ chức dạy học một số kiến thức phần Nhiệt học có sử dụng thí nghiệm vật lí gắn kết cuộc sống. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
27 CHƯƠNG 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC THÍ NGHIỆM GẮN KẾT CUỘC SỐNG MỘT SỐ KIẾN THỨC PHẦN NHIỆT HỌC – VẬT LÍ 10 2.1. Phân tích nội dung kiến thức phần Nhiệt học – Vật lí 10  Thuyết động học phân tử chất khí - Chất khí được cấu tạo từ các phân tử riêng rẽ, có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng. - Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng; chuyển động này càng nhanh thì nhiệt độ chất khí càng cao. - Khi chuyển động hỗn loạn các phân tử khí va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình. Mỗi phân tử va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình một lực không đáng kể, nhưng vô số phân tử khí va chạm vào thành bình tác dụng lên thành bình một lực đáng kể. Lực này gây áp suất của chất khí lên thành bình.  Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle – Mariotte - Trạng thái và quá trình biến đổi trạng thái: + Trạng thái của một lượng khí được biểu diễn bằng các thông số trạng thái: áp suất p, thể tích V và nhiệt độ tuyệt đối T. + Lượng khí có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác bằng các quá trình biến đổi trạng thái (gọi tắt là quá trình). - Quá trình đẳng nhiệt: + Là quá trình biến đổi trạng thái mà trong đó nhiệt độ không thay đổi. - Định luật Boyle – Mariotte + Phát biểu: Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích. + Biểu thức: pV = hằng số. + Hệ quả: ● Gọi p1, V1 là áp suất và thể tích của chất khí ở trạng thái 1. ● p2, V2 là áp suất và thể tích của chất khí ở trạng thái 2. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
28 Trong quá trình đẳng nhiệt, ta có: p1V1 = p2V2 - Đường đẳng nhiệt: + Khái niệm: Đường đẳng nhiệt là đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo thể tích khi nhiệt độ không đổi. + Đồ thị đường đẳng nhiệt: Quá trình đẳng tích. Định luật Charles - Quá trình đẳng tích: Quá trình biến đổi trạng thái khi thể tích không đổi gọi là quá trình đẳng tích. - Định luật Charles: + Phát biểu: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. + Biểu thức: = hằng số. + Hệ quả: ● Gọi p1, T1 là áp suất và nhiệt độ của chất khí ở trạng thái 1 ● p2, T2 là áp suất và nhiệt độ của chất khí ở trạng thái 2 Trong quá trình đẳng tích, ta có: 1 = 2 1 2 - Đường đẳng tích: + Khái niệm: Đường đẳng tích là đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo nhiệt độ khi thể tích không đổi. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
29 + Đồ thị đường đẳng tích: Phương trình trạng thái khí lí tưởng – Định luật Gay-lussac - Khí thực và khí lí tưởng: + Khí lí tưởng Khái niệm: Chất khí trong đó các phân tử được coi là các chất điểm và chỉ tương tác khi va chạm được gọi là khí lí tưởng. Đặc điểm của khí lí tưởng:  Kích thước các phân tử không đáng kể, có thể bỏ qua.  Khi chưa va chạm với nhau thì lực tương tác giữa các phân tử rất yếu có thể bỏ qua.  Các phân tử chuyển động hỗn loạn, chỉ tương tác khi va chạm với nhau và va chạm với thành bình.  Là khí tuân theo đúng các định luật về chất khí đã học. + Khí thực (chất khí tồn tại trong thực tế): chỉ tuân theo gần đúng các định luật Boyle - Mariotte và Charles. Giá trị của tích p.V và thương thay đổi theo bản chất, nhiệt độ và áp suất của chất khí. + Trong điều kiện áp suất và nhiệt độ không lớn lắm và không đòi hỏi độ chính xác cao, có thể xem khí thực là khí lí tưởng. - Phương trình trạng thái khí lí tưởng: Xét một lượng khí nhất định. Gọi: + p1, V1, T1 là áp suất, thể tích và nhiệt độ tuyệt đối của lượng khí ở trạng thái 1. + p2, V2, T2 là áp suất, thể tích và nhiệt độ tuyệt đối của lượng khí ở trạng thái 2. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
30 Khi đó ta có: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng: 1 1 = 2 2 => = hằng số. 1 2 - Quá trình đẳng áp: Quá trình biến đổi trạng thái khi áp suất không đổi gọi là quá trình đẳng áp. - Định luật Gay – lussac: + Phát biểu: Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. + Biểu thức: = hằng số. => 1 = 2 1 2 - Đường đẳng áp: + Khái niệm: Đường đẳng áp là đường biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo nhiệt độ khi áp suất không đổi. + Đồ thị đường đẳng áp: Nội năng và sự biến thiên nội năng - Nội năng và sự biến thiên nội năng: Trong nhiệt động lực học, nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật. - Cách làm thay đổi nội năng: +Thực hiện công: Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
31 Ta cọ xát một miếng kim loại lên mặt bàn. Sau một thời gian, ta thấy miếng kim loại nóng lên. Nội năng lại phụ thuộc vào nhiệt độ của vật, nhiệt độ vật tăng lên, điều đó chứng tỏ nội năng của miếng kim loại đã tăng lên do thực hiện công. Ta ấn xuống mạnh và nhanh pittong của xi lanh chứa khí, thì thể tích khí trong xi lanh giảm xuống đồng thời nhiệt độ khí cũng tăng lên. Nội năng lại phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ khí trong xi lanh tăng lên điều đó chứng tỏ nội năng của khí đã thay đổi do thực hiện công. Trong quá trình thực hiện công có sự chuyển hóa từ một dạng năng lượng khác sang nội năng. Ở 2 ví dụ này, công chuyển hóa thành nội năng. ∆U=A + Truyền nhiệt: Ta bỏ miếng kim loại vào một bình chứa nước nóng. Khi đó nhiệt độ của miếng kim loại tăng lên dẫn đến nội năng của vật thay đổi. Ta có một xi lanh chứa đầy không khí được bịt kín bởi một pittong. Đem xi lanh đặt trên một ngọn đèn cồn thì nhiệt độ của khối khí bên trong tăng lên dẫn đến nội năng thay đổi. Quá trình làm thay đổi nội năng mà không có sự thực hiện công lên vật như vậy gọi là quá trình truyền nhiệt. Trong quá trình truyền nhiệt không có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác, chỉ có truyền nội năng từ vật này sang vật khác, phần nội năng mà vật tăng thêm hay mất đi gọi là nhiệt lượng (còn gọi tắt là nhiệt). ∆U=Q  Các nguyên lí của nhiệt động lực học - Nguyên lí I nhiệt động lực học: “Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được”. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
32 Để hệ có thể thực hiện công thì cần phải cung cấp cho nó một nhiệt lượng từ bên ngoài làm thay đổi nội năng của hệ. Vậy muốn động cơ hoạt động thì cần phải cung cấp nhiệt lượng cho nó. ∆U = A + Q - Nguyên lí II nhiệt động lực học: ∆ Cách phát biểu của Rudolf clausius: “Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang vật nóng hơn”. ∆ Cách phát biểu của Sadi Carnot: “Động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học” Trong thực tế, các động cơ nhiệt không sử dụng toàn bộ các nhiệt lượng mà nó nhận được biến thành công cơ học mà bao giờ cũng truyền cho nguồn nhiệt thứ hai một phần nhiệt lượng mà nó đã nhận được từ nguồn thứ nhất. - Cấu tạo của động cơ nhiệt: + Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng Q1. + Bộ phận phát động bao gồm tác nhân là vật trung gian, nhận nhiệt lượng từ nguồn nóng để sinh công. Ngoài ra, còn có các thiết bị phát động. Nhiệt lượng do nguồn nóng truyền cho tác nhân không hoàn toàn chuyển hóa thành công mà được nguồn lạnh hấp thu. Sơ đồ 2.1: Nguyên lí hoạt động của động cơ 2.2. Thiết kế một số thí nghiệm gắn kết cuộc sống trong phần Nhiệt học – vật lí 10 Hiện nay ở các trường phổ thông, do cơ sở vật chất còn nhiều hạn chế, nên việc dạy học chương chất khí lớp 10 vẫn còn được dạy bằng lí thuyết mà không có thí nghiệm. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
33 Nên việc xây dựng bộ thí nghiệm kiểm chứng ba định luật chất khí bằng những dụng cụ rẻ tiền, dễ kiếm là điều cần thiết. 2.2.1. Bộ thí nghiệm khảo sát ba định luật chất khí 2.2.1.1. Thí nghiệm định tính a) Mục đích thí nghiệm - Thí nghiệm “quả bong bóng co giãn”, “hút nước từ chai nhựa”, “mẹo tách lòng đỏ trứng gà nhanh nhất”: Minh họa định tính về mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của một khối khí xác định khi giữ nguyên nhiệt độ. - Thí nghiệm “mẹo bỏ trứng luộc vào lọ cổ nhỏ”: Minh họa định tính về mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ của một khối khí xác định khi giữ nguyên thể tích. - Thí nghiệm “lon nước biến dạng”, “dòng nước chảy ngược”, “bơm bong bóng từ chai”: Minh họa định tính về mối quan hệ giữa thể tích và nhiệt độ, áp suất của một khối khí xác định. b) Dụng cụ thí nghiệm Bảng 2.1: Dụng cụ các thí nghiệm định tính. Thí nghiệm Dụng cụ Hình ảnh Quá trình đẳng nhiệt – Định luật Boyle – Mariotte - Bong bóng Quả bong bóng co - Ống kim tiêm giãn. - Chai nước Hút nước từ chai - Cốc đựng nước nhựa. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
34 - Chai nước Mẹo tách lòng đỏ - Quả trứng gà trứng gà nhanh nhất. Quá trình đẳng tích – Định luật charles - Quả trứng cút chín Mẹo bỏ trứng luộc - Bình thủy tinh vào lọ cổ nhỏ. - Bông tẩm cồn Phương trình trạng thái – Định luật Gay Lussac - Lon nước - Đèn cồn Lon nước biến dạng. - Đồ gắp thức ăn - Nước đá - Chai thủy tinh - Ống hút Dòng nước chảy ngược. - Phẩm màu (nếu có) - Nút đậy - Chai nhựa Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
35 Bơm bong bóng từ - Quả bong bóng chai. c) Tiến hành thí nghiệm và kết quả c.1. Quá trình đẳng nhiệt – Định luật Boyle – Mariotte c.1.1. Thí nghiệm quả bong bóng co giãn a) Tiến hành thí nghiệm: - Bước 1: bịt kín đầu ống xi lanh bằng keo nến. - Bước 2: Bỏ quả bong bóng nhỏ vào ống xi lanh. - Bước 3: Đặt pittong ở vị trí 60ml. - Bước 4: Đẩy nhẹ từ từ pittong xuống vị trí 30ml và quan sát kích thước quả bong bóng. - Bước 5: Kéo pittong lên vị trí ban đầu và quan sát kích thước quả bong bóng. Hình 2.1: Bong bóng co, giãn trong xi lanh khi kéo, đẩy pittong b) Kết quả: - Khi ta đẩy pittong xuống, quả bong bóng sẽ co lại (thể tích giảm). - Khi ta kéo pittong lên, quả bong bóng sẽ nở ra (thể tích tăng). Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
36 c) Giải thích: - Khi ta đẩy pittong xuống, thể tích khí trong xi lanh giảm, mật độ phân tử khí trong xi lanh tăng lên, do đó áp suất khí cũng tăng lên dẫn đến lực tác dụng của các phân tử khí lên bề mặt quả bong bóng tăng làm cho bong bóng co lại hay thể tích quả bong bóng giảm. - Khi ta kéo pittong lên, thể tích khí trong xi lanh tăng, mật độ phân tử khí trong xi lanh giảm, do đó áp suất khí cũng giảm xuống dẫn đến lực tác dụng của các phân tử khí lên bề mặt quả bong bóng giảm làm cho bong bóng nở ra hay thể tích quả bong bóng tăng lên. d) Đề xuất sử dụng thí nghiệm: - Thí nghiệm này có thể được sử dụng trong các giai đoạn làm nảy sinh vấn đề hoặc giai đoạn vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề khi dạy học nội dung “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle – Mariotte”. - Hành vi năng lực hướng đến: + Mô tả các tình huống (hiện tượng, quá trình tự nhiên) thông qua các kiến thức vật lí. + Đặt câu hỏi/ vấn đề liên quan đến vật lí. - Cách thức tổ chức: Hoạt động của GV Hoạt động của học sinh + GV phát phiếu học tập, một cái xi + Lắng nghe hướng dẫn, làm TN và viết lanh kín có pittong di chuyển và một quả câu trả lời vào phiếu học tập. bong bóng nhỏ, hướng dẫn HS làm TN nén khí trong xi lanh đã bịt kín, yêu cầu HS làm TN và trả lời các câu hỏi ở trong phiếu học tập: • Em có nhận xét gì về kích thước - Khi ta đẩy pittong trong xi lanh xuống quả bong bóng? thì thấy quả bong bóng co lại (thể tích Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
37 • Khối khí trong xi lanh có xác định giảm), khi kéo pittong lên lại vị trí ban không? đầu thì thấy quả bong bóng giãn ra (thể • Thông số nào của khối khí không tích tăng). đổi và thông số nào của khối khí thay đổi? - Khối khí trong xi lanh xác định. Giải thích? - T không đổi, V giảm, p tăng.Vì: + Quan sát HS làm việc để đánh giá. Khi ta đẩy pittong xuống, thể tích khí trong xi lanh giảm, mật độ phân tử khí trong xi lanh tăng lên, do đó áp suất khí cũng tăng lên dẫn đến lực tác dụng của các phân tử khí lên bề mặt quả bong bóng tăng làm cho bong bóng co lại hay thể tích quả bong bóng giảm. Khi ta kéo pittong lên, thể tích khí trong xi lanh tăng, mật độ phân tử khí trong xi lanh giảm, do đó áp suất khí cũng giảm xuống dẫn đến lực tác dụng của các phân tử khí lên bề mặt quả bong bóng giảm làm cho bong bóng nở ra hay thể tích quả bong bóng tăng lên. + Từ TN trên, em hãy cho cô biết vấn đề mà chúng ta cần giải quyết ở đây là gì? + HS suy nghĩ, trả lời: + Nhận xét câu trả lời của HS. Từ thí nghiệm trên, ta thấy trong quá trình đẳng nhiệt của một khối khí xác định, áp suất và thể tích có mối liên hệ với nhau như thế nào? c.1.2. Hút nước từ chai nhựa a) Tiến hành thí nghiệm: - Bước 1: Bóp chai nhựa biến dạng và úp miệng chai vào nước. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
38 - Bước 2: Đưa chai nhựa về lại hình dạng ban đầu và quan sát hiện tượng xảy ra. Hình 2.2: Nước được hút vào chai khi bóp, thả chai b) Kết quả: Nước từ từ được hút vào chai. c) Giải thích: - Ban đầu ta bóp chai nhựa và đặt miệng chai vào nước làm cho khí trong chai không đổi. Khi ta đưa chai nhựa về lại hình dạng ban đầu, thể tích trong chai tăng lên, khi đó mật độ phân tử khí trong chai sẽ giảm, làm cho áp suất khí trong chai cũng giảm, tạo ra sự chênh lệch áp suất trong và ngoài miệng chai. Áp suất bên ngoài lớn hơn áp suất khí bên trong chai, tạo lực đẩy nước từ ngoài vào bên trong chai đến khi nào áp suất khí bên trong cân bằng với áp suất bên ngoài. d) Đề xuất sử dụng thí nghiệm: - Thí nghiệm này có thể được sử dụng trong các giai đoạn làm nảy sinh vấn đề hoặc giai đoạn vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề khi dạy học nội dung “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle – Mariotte”. - Hành vi năng lực hướng đến: + Mô tả các tình huống (hiện tượng, quá trình tự nhiên) thông qua các kiến thức vật lí. + Đặt câu hỏi/ vấn đề liên quan đến vật lí. - Cách thức tổ chức: Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
39 Hoạt động của GV Hoạt động của HS + GV chia lớp thành 6 nhóm, phát + Lắng nghe hướng dẫn, làm TN và viết phiếu học tập, một chai nhựa, thau nước, câu trả lời vào phiếu học tập. lọ thủy tinh có chứa quả bong bóng nhỏ, GV đặt nhiệm vụ cho các nhóm dùng chai nhựa để lấy nước từ thau nước cho vào lọ thủy tinh. Nhóm nào lấy được quả bong bóng trong lọ thủy tinh nhanh nhất là nhóm đó thắng. + GV yêu cầu HS tiến hành TN. + Sau khi thực hiện nhiệm vụ, GV yêu cầu HS mô tả cách để lấy nhiều nước nhất và trả lời các câu hỏi ở trong phiếu học tập: - Thể tích khí trong chai tăng khi ta bóp • Em có nhận xét gì về thể tích và áp chai nhựa về lại hình dạng ban đầu, áp suất của khí trong chai trong quá trình suất khí trong chai giảm tạo ra sự chênh nước chảy vào trong chai ? lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài • Khối khí trong chai có thay đổi chai nên nước bị hút vào trong chai. không khi đặt miệng chai vô nước? - Khối khí trong chai xác định. • Thông số nào của khối khí không đổi và thông số nào của khối khí thay đổi? - T không đổi, V tăng, p giảm. Vì: Giải thích? Ban đầu ta bóp chai nhựa và đặt miệng + Quan sát HS làm việc để đánh giá. chai vào nước làm cho khí trong chai không đổi. Khi ta đưa chai nhựa về lại hình dạng ban đầu, thể tích trong chai tăng lên, khi đó mật độ phân tử khí trong chai sẽ giảm, làm cho áp suất khí trong chai cũng giảm, tạo ra sự chênh lệch áp suất trong và ngoài miệng chai. Áp suất bên ngoài lớn hơn áp suất khí bên trong Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
40 chai, tạo lực đẩy nước từ ngoài vào bên trong chai đến khi nào áp suất khí bên trong cân bằng với áp suất bên ngoài. + HS suy nghĩ, trả lời: + Từ TN trên, em hãy cho cô biết vấn đề mà chúng ta cần giải quyết ở đây là gì? Từ thí nghiệm trên, ta thấy trong quá trình đẳng nhiệt của một khối khí xác + Nhận xét câu trả lời của HS. định, áp suất và thể tích có mối liên hệ với nhau như thế nào? c.1.3. Mẹo tách lòng đỏ trứng gà nhanh nhất a) Tiến hành thí nghiệm: - Bước 1: Đập trứng vào dĩa. - Bước 2: Bóp chai nhựa lại rồi đặt miệng chai nhựa lên lòng đỏ quả trứng. - Bước 3: Từ từ thả tay thôi bóp chai và quan sát hiện tượng. Hình 2.3: Thí nghiệm tách lòng đỏ trứng gà b) Kết quả: Lòng đỏ trứng lọt vào trong chai. c) Giải thích: - Ban đầu ta bóp chai nhựa lại và đặt miệng chai lên lòng đỏ trứng, điều này giữ cho lượng khí trong chai không đổi. Khi ta thôi bóp chai nhựa, thể tích chai nhựa tăng lên, mật độ phân tử khí trong chai sẽ giảm, làm cho áp suất khí trong chai giảm tạo ra sự chênh lệch áp suất bên ngoài và bên trong chai. Áp suất khí quyển bên ngoài lớn hơn Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
41 áp suất khí bên trong chai, tạo ra lực đẩy từ ngoài vào trong khiến cho lòng đỏ trứng “tự chui” vào trong chai. d) Đề xuất sử dụng thí nghiệm: - Thí nghiệm này có thể được sử dụng trong các giải đoạn làm nảy sinh vấn đề hoặc vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề khi dạy học nội dung “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle – Mariotte”. - Hành vi năng lực hướng đến: + Mô tả các tình huống (hiện tượng, quá trình tự nhiên) thông qua các kiến thức vật lí. + Đặt câu hỏi/ vấn đề liên quan đến vật lí. - Cách thức tổ chức: Hoạt động của GV Hoạt động của HS + GV chia lớp thành 6 nhóm, phát + Lắng nghe. phiếu học tập, một quả trứng, 1 chai nhựa, GV đặt nhiệm vụ cho các nhóm: “Làm cách nào để lấy được lòng đỏ trứng gà chỉ từ một chai nhựa?” + GV yêu cầu các nhóm thực hiện + Mô tả lại tiến trình thực hiện: được mô tả lại tiến trình làm của nhóm Bóp chai nhựa lại rồi đặt miệng chai mình. nhựa lên lòng đỏ quả trứng. Sau đó, từ từ thả tay thôi bóp chai, khi đó lòng đỏ trứng + GV yêu cầu HS trả lời các câu hỏi sẽ lọt vô chai. ở trong phiếu học tập: + Khi ta bóp chai nhựa và đặt miệng chai • Em có nhận xét gì về thể tích và áp lên lòng đỏ trứng, sau đó thôi bóp chai suất của khí trong chai trong quá trình lấy nhựa thì thể tích khí trong chai tăng lên, lòng đỏ trứng? áp suất khí trong chai giảm tạo ra sự • Trong quá trình thực hiện, khối khí chênh lệch áp suất giữa bên ngoài và bên trong chai có xác định không? Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
42 • Thông số nào của khối khí không trong chai nên lòng đỏ trứng bị hút vào đổi và thông số nào của khối khí thay đổi? trong chai. Giải thích? + Trong quá trình thực hiện, khối khí + Quan sát HS làm việc để đánh giá. trong chai xác định. + T không đổi, V tăng, p giảm. Vì: Ban đầu ta bóp chai nhựa lại và đặt miệng chai lên lòng đỏ trứng, điều này giữ cho lượng khí trong chai không đổi. Khi ta thôi bóp chai nhựa, thể tích chai nhựa tăng lên, mật độ phân tử khí trong chai sẽ giảm, làm cho áp suất khí trong chai giảm tạo ra sự chênh lệch áp suất bên ngoài và bên trong chai. Áp suất khí quyển bên ngoài lớn hơn áp suất khí bên trong chai, +Từ TN trên, em hãy cho cô biết vấn đề tạo ra lực đẩy từ ngoài vào trong khiến mà chúng ta cần giải quyết ở đây là gì? cho lòng đỏ trứng “tự chui” vào trong chai. + HS suy nghĩ, trả lời: Từ thí nghiệm trên, ta thấy trong quá trình đẳng nhiệt của một khối khí xác định, áp suất và thể tích có mối liên hệ với nhau như thế nào? c.2. Quá trình đẳng tích. Định luật charles c.2.1. Mẹo bỏ trứng luộc vào lọ cổ nhỏ: a) Tiến hành thí nghiệm: - Bước 1: Đốt bông đã tẩm cồn và cho vào bình thủy tinh. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
43 - Bước 2: Đặt quả trứng cút lên miệng bình thủy tinh và quan sát hiện tượng xảy ra. Hình 2.4: Thí nghiệm mẹo bỏ trứng luộc vào lọ cổ nhỏ. b) Kết quả: Quả trứng cút sẽ lọt vô bình thủy tinh. c) Giải thích: - Khi ta đặt quả trứng lên miệng bình thủy tinh, ta đã cô lập khối khí bên trong bình. Khi cháy hết ô-xi, nhiệt độ khí bên trong bình giảm xuống làm cho chuyển động của các phân tử khí trong bình giảm dẫn tới áp suất khí trong bình giảm, tạo ra sự chênh lệch áp suất bên ngoài và bên trong bình. Áp suất bên ngoài lớn hơn áp suất bên trong tạo nên lực đẩy từ ngoài vô trong làm cho quả trứng chui lọt vào bên trong bình. d) Đề xuất sử dụng thí nghiệm: - Thí nghiệm này có thể được sử dụng trong các giải đoạn làm nảy sinh vấn đề hoặc giai đoạn vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề khi dạy học nội dung “Quá trình đẳng tích. Định luật Charles”. - Hành vi năng lực hướng đến: + Mô tả các tình huống (hiện tượng, quá trình tự nhiên) thông qua các kiến thức vật lí. + Đặt câu hỏi/ vấn đề liên quan đến vật lí. - Cách thức tổ chức: Hoạt động của GV Hoạt động của HS Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
44 + GV chia lớp thành 6 nhóm, phát + HS lắng nghe GV hướng dẫn. phiếu học tập, bộ TN “mẹo bỏ trứng luộc vào lọ cổ nhỏ” và hướng dẫn HS làm thí nghiệm. + HS thực hành TN và điền câu trả lời + GV yêu cầu HS làm TN và trả lời vào phiếu học tập. các câu hỏi trong phiếu học tập: - Khi bông tẩm cồn trong lọ cháy • Em có nhận xét gì về kết quả thí hết, đặt quả trứng cút lên miệng lọ, ta thấy nghiệm? quả trứng cút chui lọt vô lọ. • Khi đặt quả trứng lên miệng lọ, lượng khí trong lọ có thay đổi hay không? - Khi đặt quả trứng lên miệng lọ, • Thông số nào của khối khí không lượng khí trong lọ không thay đổi. đổi và thông số nào của khối khí thay đổi? - V không đổi, T giảm, p giảm. Vì: Giải thích? Khi ta đặt quả trứng lên miệng bình + GV quan sát HS làm việc để đánh thủy tinh, ta đã cô lập khối khí bên trong giá. bình. Khi cháy hết ô-xi, nhiệt độ khí bên trong bình giảm xuống làm cho chuyển động của các phân tử khí trong bình giảm dẫn tới áp suất khí trong bình giảm, tạo ra sự chênh lệch áp suất bên ngoài và bên trong bình. Áp suất bên ngoài lớn hơn áp suất bên trong tạo nên lực đẩy từ ngoài vô trong làm cho quả trứng chui lọt vào bên + Từ TN trên, em hãy cho cô biết trong bình. vấn đề mà chúng ta cần giải quyết ở đây là gì? + Thống nhất, điều chỉnh câu trả lời + HS suy nghĩ, trả lời của học sinh. Từ thí nghiệm trên, ta thấy trong quá trình đẳng tích của một khối khí xác định, Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
45 áp suất và nhiệt độ tuyệt đối T có mối liên hệ với nhau như thế nào? c.3. Phương trình trạng thái – Định luật Gay Lussac c.3.1. Lon nước biến dạng a) Tiến hành thí nghiệm: - Bước 1: Đốt đèn cồn, dùng ồđ gắp thức ăn giữ chặt lon. Chuẩn bị một thau nước đá trước. - Bước 2: Hơ nóng lon trên ngọn lửa đèn cồn (chú ý tay cầm để không bị phỏng). - Bước 3: Khi lon đã nóng đều (sau một thời gian), ta nhanh tay úp miệng lon vào thau nước đá và quan sát hiện tượng xảy ra. Hình 2.5: Thí nghiệm lon nước biến dạng. b) Kết quả: lon nước bị biến dạng. c) Giải thích: Khi ta úp miệng lon vào thau nước đá, khi đó khí trong lon được giữ không đổi. Khi miệng lon tiếp xúc với nước đá, nhiệt độ khí trong lon lúc này giảm xuống nhanh, các phân tử khí chuyển động chậm hơn, va chạm vào thành bình ít hơn làm cho áp suất khí giảm xuống nhanh, sự chênh lệch áp suất giữa bên ngoài và bên trong lon gây ra áp lực khiến cho lon bị biến dạng. d) Đề xuất sử dụng thí nghiệm: Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
46 - Thí nghiệm này có thể được sử dụng trong các giải đoạn làm nảy sinh vấn đề hoặc vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề khi dạy học nội dung “Phương trình trạng thái khí lí tưởng”. - Hành vi năng lực hướng đến: + Mô tả các tình huống (hiện tượng, quá trình tự nhiên) thông qua các kiến thức vật lí. + Đặt câu hỏi/vấn đề liên quan đến vật lí. - Cách thức tổ chức: Hoạt động của GV Hoạt động của HS + GV phát phiếu học tập, giới thiệu + HS lắng nghe, quan sát GV làm TN. bộ thí nghiệm “lon nước biến dạng” gồm các dụng cụ: lon nước, thau nước đá, lọ cồn, đồ gắp thức ăn. GV mô tả thí nghiệm và biểu diễn thí nghiệm ngay trên lớp. + HS suy nghĩ, trả lời: lon nước bị biến dạng khi nhúng ngập vào nước lạnh. + GV yêu cầu HS mô tả hiện tượng mà mình quan sát được. + HS suy nghĩ, điền câu trả lời vào phiếu học tập. + GV yêu cầu HS trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập. - Khi đốt nóng lon nước rồi úp miệng lon nước vào thau nước đá, ta thấy lon • Em có nhận xét gì về kết quả thí nước bị biến dạng. nghiệm? • Khi đặt miệng lon nước vô thau - Khi đặt miệng lon nước vào thau nước đá, lượng khí trong lon có xác định nước đá thì lượng khí trong lon xác định. không? - T giảm, V giảm, p giảm. Vì: • Các thông số của khối khí thay đổi Khi ta úp miệng lon vào thau nước đá, như thế nào? Giải thích? khi đó khí trong lon được giữ không đổi. + GV quan sát HS làm việc để đánh Khi miệng lon tiếp xúc với nước đá, nhiệt giá. độ khí trong lon lúc này giảm xuống Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
47 nhanh, các phân tử khí chuyển động chậm hơn, va chạm vào thành bình ít hơn làm cho áp suất khí giảm xuống nhanh, sự chênh lệch áp suất giữa bên ngoài và bên trong lon gây ra áp lực khiến cho lon bị biến dạng. + HS suy nghĩ, trả lời: Từ thí nghiệm trên, ta thấy cả ba thông số của khối khí nhiệt độ, áp suất, thể tích đều thay đổi. Vậy ba thông số đó + Từ TN trên, em hãy cho cô biết có mối quan hệ với nhau như thế nào? vấn đề mà chúng ta cần giải quyết ở đây là gì? + Thống nhất, điều chỉnh câu trả lời của học sinh. c.3.2. Dòng nước chảy ngược a) Tiến hành thí nghiệm: - Bước 1: Đặt chai thủy tinh ngập trong thau nước nóng. - Bước 2: Sau khi chai nóng đều sau một thời gian, ta nhanh chóng dùng nút đậy có gắn sẵn ống hút bịt miệng chai lại. - Bước 3: Úp ngược chai và đặt đầu còn lại của ống hút vào thau nước màu đã chuẩn bị sẵn (nên dùng bao tay dày hoặc đồ kẹp để không bị phỏng). Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
48 Hình 2.6: Thí nghiệm dòng nước chảy ngược. b) Kết quả: Nước chảy vào trong chai thông qua ống hút. Nước dâng lên rất nhanh. c) Giải thích: - Khi ta đậy miệng chai lại và úp ngược chai để ống hút cắm vào trong nước, lúc đó khối khí trong chai được giữ nguyên không đổi. Khi nhiệt độ khí trong chai giảm dần, các phân tử khí chuyển động chậm hơn nên va chạm vào thành bình ít hơn dẫn đến áp suất khí trong chai giảm. Áp suất khí quyển lớn hơn áp suất khí trong chai tạo nên một lực đẩy nước từ ngoài vào trong chai qua ống hút làm cho thể tích khí trong chai giảm. d) Đề xuất sử dụng thí nghiệm: - Thí nghiệm này có thể được sử dụng trong các giải đoạn làm nảy sinh vấn đề hoặc vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề khi dạy học nội dung “Phương trình trạng thái khí lí tưởng”. - Hành vi năng lực hướng đến: + Mô tả các tình huống (hiện tượng, quá trình tự nhiên) thông qua các kiến thức vật lí. + Đặt câu hỏi/ vấn đề liên quan đến vật lí. - Cách thức tổ chức: Hoạt động của GV Hoạt động của HS Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
49 + GV chia lớp thành 6 nhóm, phát + Lắng nghe GV hướng dẫn. phiếu học tập, bộ TN “dòng nước chảy ngược” và hướng dẫn HS làm thí nghiệm. + GV yêu cầu HS làm TN và trả lời + HS tiến hành thí nghiệm và điền câu các câu hỏi trong phiếu học tập: trả lời vào phiếu học tập: • Em có nhận xét gì về kết quả thí - Khi đặt đầu ống hút còn lại vào thau nghiệm? nước màu, ta thấy nước chảy vào trong lọ • Khi đặt đầu ống hút còn lại vào thông qua ống hút, nước dâng lên nhanh. thau nước màu, khối khí trong lọ có xác định không? - Khi đặt đầu ống hút còn lại vào thau • Các thông số của khối khí thay đổi nước màu, khối khí trong lọ xác định. như thế nào? Giải thích? - T giảm, p giảm, V giảm. Vì: + GV quan sát HS làm việc để đánh Khi ta đậy miệng chai lại và úp ngược giá. chai để ống hút cắm vào trong nước, lúc đó khối khí trong chai được giữ nguyên không đổi. Khi nhiệt độ khí trong chai giảm dần, các phân tử khí chuyển động chậm hơn nên va chạm vào thành bình ít hơn dẫn đến áp suất khí trong chai giảm. Áp suất khí quyển lớn hơn áp suất khí trong chai tạo nên một lực đẩy nước từ ngoài vào trong chai qua ống hút làm cho thể tích khí trong chai giảm. + HS suy nghĩ, trả lời: + Từ TN trên, em hãy cho cô biết Từ thí nghiệm trên, ta thấy cả ba thông số vấn đề mà chúng ta cần giải quyết ở đây của khối khí nhiệt độ, áp suất, thể tích là gì? đều thay đổi. Vậy ba thông số đó có mối + Thống nhất, điều chỉnh câu trả lời quan hệ với nhau như thế nào? của học sinh. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
50 3.3.Bơm bong bóng từ chai a) Tiến hành thí nghiệm: - Bước 1: Gắn chặt và sát quả bong bóng vào miệng chai nhựa. - Bước 2: Đặt chai vào thau nước nóng đủ lâu, sau đó lấy ra và nhung tiếp vào thau nước lạnh. Hình 2.7: Thí nghiệm bơm bong bóng từ chai nhựa b) Kết quả: khi ta đặt chai nước vào thau nước nóng, quả bong bóng căng ra và khi đặt chai vào thau nước lạnh thì quả bong bóng xẹp đi. c) Giải thích: - Khi ta bịt miệng chai bằng bong bóng thì khí trong chai bị giam lại. Khi đặt chai vào thau nước nóng, nhiệt độ khí trong chai tăng dần lên, khi đó các phân tử khí chuyển động nhanh hơn nên va chạm vào thành bình và thành vỏ bong bóng nhiều hơn dẫn đến áp suất khí và thể tích khí trong chai tăng nên làm căng quả bong bóng. Khi đặt chai từ nước nóng qua nước lạnh, nhiệt độ khí trong chai giảm dẫn đến áp suất và thể tích khí trong chai cũng giảm làm quả bong bóng xẹp đi. d) Đề xuất sử dụng thí nghiệm: - Thí nghiệm này có thể được sử dụng trong các giải đoạn làm nảy sinh vấn đề hoặc vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề khi dạy học nội dung “Phương trình trạng thái khí lí tưởng”. - Hành vi năng lực hướng đến: Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
51 + Mô tả các tình huống (hiện tượng, quá trình tự nhiên) thông qua các kiến thức vật lí. + Đặt câu hỏi/ vấn đề liên quan đến vật lí. - Cách thức tổ chức: Hoạt động của GV Hoạt động của HS + GV chia lớp thành 6 nhóm, phát + Lắng nghe GV hướng dẫn. phiếu học tập, bộ TN “bơm bong bóng từ chai” và hướng dẫn HS làm thí nghiệm. + GV yêu cầu HS làm TN và trả lời + HS tiến hành thí nghiệm và điền câu các câu hỏi trong phiếu học tập: trả lời vào phiếu học tập • Em có nhận xét gì về kết quả thí - Khi đặt chai vô thau nước nóng ta nghiệm? thấy quả bong bóng căng ra, khi đặt chai • Khối khí trong chai có xác định vô thau nước lạnh thì quả bong bóng xẹp không? đi. • Các thông số của khối khí thay đổi như thế nào? Giải thích? - Khối khí trong chai xác định. + GV quan sát HS làm việc để đánh - T giảm, p giảm, V giảm. Vì: giá. Khi ta bịt miệng chai bằng bong bóng thì khí trong chai bị giam lại. Khi đặt chai vào thau nước nóng, nhiệt độ khí trong chai tăng dần lên, khi đó các phân tử khí chuyển động nhanh hơn nên va chạm vào thành bình và thành vỏ bong bóng nhiều hơn dẫn đến áp suất khí và thể tích khí trong chai tăng nên làm căng quả bong bóng. Khi đặt chai từ nước nóng qua nước lạnh, nhiệt độ khí trong chai giảm dẫn Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
52 + Từ TN trên, em hãy cho cô biết đến áp suất và thể tích khí trong chai cũng vấn đề mà chúng ta cần giải quyết ở đây giảm làm quả bong bóng xẹp đi. là gì? + HS suy nghĩ, trả lời: + Thống nhất, điều chỉnh câu trả lời Từ thí nghiệm trên, ta thấy cả ba thông của học sinh. số của khối khí nhiệt độ, áp suất, thể tích đều thay đổi. Vậy ba thông số đó có mối quan hệ với nhau như thế nào? 2.2.1.2. Thí nghiệm định lượng khảo sát ba định luật chất khí a) Mục đích làm thí nghiệm -Thí nghiệm khảo sát định luật Boyle – Mariotte: Nghiên cứu về mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của một khối khí nhất định khi giữ nguyên nhiệt độ. - Thí nghiệm khảo sát định luật Charles: nghiên cứu về mỗi quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ của một khối khí nhất định khi giữ nguyên thể tích. - Thí nghiệm khảo sát định luật Gay-lussac: nghiên cứu về mối quan hệ giữa thể tích và nhiệt độ của một khối khí nhất định khi giữ nguyên áp suất. b) Dụng cụ thí nghiệm Bảng 2.2: Dụng cụ thí nghiệm định lượng khảo sát ba định luật chất khí Thiết bị, vật liệu Số lượng/kích Hình ảnh thước Ống dây nối 01 Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
53 Ống kim tiêm 01/60cc Ống nghiệm có nhánh 02/35ml Nhiệt kế 01 Áp kế 01 Giá đỡ 01 Nút đậy có khoét lỗ 02 Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
54 c) Cách thức lắp ráp và tiến trình thực hiện thí nghiệm c.1. Thí nghiệm khảo sát định luật Boyle – Mariotte Hình 2.8: Thí nghiệm khảo sát định luật Boyle – Mariotte. Cách thức lắp ráp: - Bước 1: Dùng ống kim tiêm nối với một ống nghiệm thông qua ống dây nối cao su. - Bước 2: Gắn áp kế vào ống nghiệm bằng nút đậy và đặt vào giá đỡ. Tiến trình thực hiện thí nghiệm: - Bước 1: Để pittong ở vạch mức 60ml. - Bước 2: Ta đẩy pittong từ từ xuống vạch mức 55ml, sau đó quan sát giá trị áp kế và ghi vào bảng số liệu. Thực hiện đo 5 lần, mỗi lần giảm thể tích khí trong xi lanh đi 5ml. Lưu ý: Thể tích của khí chính là bằng tổng thể tích của ống thí nghiệm và ống kim tiêm. Áp suất khí lúc này bằng tổng áp suất khí quyển và giá trị áp kế. c.2. Thí nghiệm khảo sát định luật Charles Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
55 Hình 2.9: Thí nghiệm khảo sát định luật Charles.  Cách thức lắp ráp: - Bước 1: Nối hai ống nghiệm lại với nhau bằng một ống dây nối cao su. - Bước 2: Gắn nhiệt kế vào một ống nghiệm nhờ nút đậy. - Bước 3: Gắn áp kế vào ống nghiệm còn lại nhờ nút đậy và đặt vào giá đỡ.  Tiến trình thực hiện thí nghiệm: - Bước 1: Để bộ thí nghiệm vào thau nước, đổ từ từ nước nóng vào thau. - Bước 5: Quan sát số chỉ nhiệt kế, giá trị của áp kế và ghi vào bảng số liệu. Lưu ý: Nhiệt độ tính theo đơn vị Kelvin. Giá trị áp suất khí trong ống bằng tổng áp suất khí quyển và giá trị trên áp kế. c.3. Thí nghiệm khảo sát định luật Gay – luysac Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
56 Hình 2.10: Thí nghiệm khảo sát định luật Gay luysac.  Cách thức lắp ráp: - Bước 1: Gắn ống kim tiêm 12ml vào ống thí nghiệm thông qua ống dây nối cao su. - Bước 2: Gắn nhiệt kế vào ống thí nghiệm bằng nút đậy và đặt vào giá đỡ.  Tiến trình thực hiện thí nghiệm: - Bước 1: Để pittong ở vạch mức 2ml. - Bước 2: Dùng máy sấy tăng nhiệt độ của khí trong ống. Khi pittong di chuyển đến vạch mức xác định, quan sát số chỉ nhiệt kế và ghi giá trị vào bảng số liệu. Lưu ý: Thể tích của khí chính là bằng tổng thể tích của ống thí nghiệm và ống kim tiêm. Nhiệt độ tính theo đơn vị Kelvin. d) Đánh giá kết quả 1. Khảo sát định luật Boyle – Mariotte Lưu ý: p = p0 + pa (mmHg) V = Vống + Vkt (l); Vống = 0,035 l, p0 = 760 mmHg Bảng 2.3: Bảng số liệu thu được của thí nghiệm khảo sát định luật Boyle Mariotte. Lần pa (mmHg) p (mmHg) Vkt (l) V (l) pV ∆pV Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
57 1 40 800 0,055 0,090 72,00 0,18 2 92 852 0,050 0,085 72,42 0,60 3 140 900 0,045 0,080 72,00 0,18 4 196 956 0,040 0,075 71,70 0,12 5 254 1014 0,035 0,070 70,98 0,84 Trung bình 71,820 0,384 - Xử lí số liệu: Tính sai số tỉ đối cực đại bằng công thức: ∆ × + + +⋯+ 휹 = 풙 với ̅ = 풏, 풙 ̅ 풏 Ta có: ∆(pV)max = 0,84 pV̅̅̅̅ = 71,820 Sai số tỉ đối cực đại: ∆(pV) × 100 δ(pV) = max max pV̅̅̅̅ 0,84 × 100 = = 1,17% 71,820 - Nhận xét: Dựa vào bảng số liệu, ta thấy được tích pV hầu như không đổi khi ta thay đổi thể tích và áp suất của khí trong ống. Điều này chứng tỏ định luật Boyle – Mariotte là đúng. - Kết luận: Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí xác định thì áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích 1 p~ ⇒ pV = hằng số V 2. Khảo sát định luật Charles Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
58 Lưu ý: p = p0 + pa (mmHg) p0 = 760 mmHg Bảng 2.4: Bảng số liệu thu được của thí nghiệm khảo sát định luật Charles. 0 Lần pa (mmHg) p (mmHg) t( C) T (K) p/T ∆p/T 1 44 804 38 311 2,590 0,042 2 50 810 44 317 2,560 0,012 3 56 816 49 322 2,540 0,008 4 62 822 57 330 2,500 0,048 5 68 828 64 337 2,550 0,002 Trung bình 2,548 0,022 - Xử lí số liệu: Tính sai số tỉ đối cực đại bằng công thức: ∆ × + + +⋯+ 휹 = 풙 với ̅ = 풏, 풙 ̅ 풏 p Ta có: ∆ ( ) = 0,048 T max ̅p = 2,548 T Sai số tỉ đối cực đại: ∆ ( ) × 100 훿 ( ) = ̅ 0,048 × 100 = = 1,88% 2,548 - Nhận xét: Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
59 Dựa vào bảng số liệu, ta thấy được tỉ số p/T hầu như không đổi khi ta thay đổi nhiệt độ và áp suất của khí trong ống. Điều này chứng tỏ định luật Charles là đúng. - Kết luận: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí xác định, áp suất tỉ lệ thuận với thể tích p = hằng số T 3. Khảo sát định luật Gay – Lussac Lưu ý: V = Vống + Vkt (ml) Vống = 35 ml Bảng 2.5: Bảng số liệu thu được của thí nghiệm khảo sát định luật Gay luysac. 0 Lần Vkt (ml) V (ml) t( C) T (K) V/T ∆V/T 1 3 38 41 314 0,1210 0,0004 2 4 39 47 320 0,1220 0,0014 3 5 40 58 331 0,1210 0,0004 4 6 41 68 341 0,1200 0,0006 5 7 42 79 352 0,1190 0,0016 Trung bình 0,1206 0,0009 - Xử lí số liệu: Tính sai số tỉ đối cực đại bằng công thức: ∆ × + + +⋯+ 휹 = 풙 với ̅ = 풏, 풙 ̅ 풏 V Ta có: ∆ ( ) = 0,0016 T max Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
60 V̅ = 0,1206 T Sai số tỉ đối cực đại: V ∆ ( ) × 100 V T 훿 ( ) = max T max V̅ T 0,0016 × 100 = = 1,33% 0,1206 - Nhận xét: Dựa vào bảng số liệu, ta thấy được tỉ số V/T hầu như không đổi khi ta thay đổi nhiệt độ và thể tích của khí trong ống. - Kết luận: Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí xác định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. V = hằng số T e) Đề xuất sử dụng thí nghiệm Dùng các thí nghiệm định lượng để khảo sát 3 định luật chất khí làm cho việc truyền tải kiến thức vật lí không còn khô khan, nhàm chán, chỉ được học trên lí thuyết mà không được thực hành. Bên cạnh đó, học sinh có thể chủ động tìm hiểu kiến thức, giúp học sinh hiểu bài hơn, rèn luyện tính kiên nhẫn và kĩ năng thực hành thí nghiệm của học sinh. Thí nghiệm khảo sát định luật Boyle – Mariotte Thí nghiệm này có thể được sử dụng trong hoạt động giải quyết vấn đề kiểm chứng mối quan hệ giữa áp suất và thể tích khi giữ nguyên nhiệt độ của một khối khí xác định trong dạy học bài “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle – Mariotte”. Thí nghiệm khảo sát định luật Charles Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
61 Thí nghiệm này có thể được sử dụng trong hoạt động giải quyết vấn đề kiểm chứng mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối khi giữ nguyên thể tích của một khối khí xác định trong dạy học bài “Quá trình đẳng tích. Định luật Charles”. Thí nghiệm khảo sát định luật Gay luysac Thí nghiệm này có thể được sử dụng trong hoạt động giải quyết vấn đề kiểm chứng mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối khi giữ nguyên thể tích của một khối khí xác định trong dạy học bài “Phương trình trạng thái khí lí tưởng”. - Hành vi năng lực hướng đến: + Xây dựng giải pháp (kế hoạch thực hiện) gồm: Đề xuất phương án TN (dụng cụ gì, tiến hành ra sao, thu thập kết quả như thế nào). + Thực hiện giải pháp: Bố trí TN, tiến hành TN, thu thập được kết quả, xử lí được số liệu (qua biểu thức, đồ thị ), rút ra nhận xét. - Cách thức tổ chức: Hoạt động của GV Hoạt động của HS + Sau khi đề xuất giả thuyết, GV yêu + HS suy nghĩ đề ra một số phương cầu HS thiết kế phương án TN để kiểm tra án thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết. giả thuyết đó dựa trên bộ dụng cụ TN mà GV đã đưa ra và điền vào phiếu học tập. • TN cần có những dụng cụ gì? • Em hãy vẽ sơ đồ cách bố trí các dụng cụ TN? • Cách tiến hành TN như thế nào? + GV quan sát HS làm việc để đánh giá. + GV nhận xét từng phương án TN do HS đề ra và thống nhất phương án tối ưu nhất. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
62 + Sau khi thống nhất phương án tối ưu nhất, GV yêu cầu HS lập kế hoạch lắp + Lắng nghe, ghi nhận. ráp, tiến hành TN và ghi kết quả thu thập được vào phiếu học tập. + Dựa vào số liệu đã thu thập, GV yêu cầu HS xử lí số liệu và điền vào phiếu + Tiến hành TN, điền câu trả lời vào học tập. phiếu học tập. + GV quan sát HS làm việc để đánh giá. 2.2.2. Mô hình động cơ Stirling a) Mục đích làm thí nghiệm - Minh họa một cách trực quan các kiến thức trong bài “Các nguyên lí của nhiệt động lực học”. b) Dụng cụ thí nghiệm Bảng 2.6: Các dụng cụ để chế tạo động cơ Stirling. Máy khoan, các loại Các loại tua vít Máy cắt mũi khoan Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
63 Compa Các loại kiềm Keo AB Dao rọc giấy Đèn cồn Keo 502 Bảng 2.7: Các vật liệu để chế tạo động cơ Stirling. Tên vật liệu Số lượng Hình ảnh Vỏ lon 04 Bong bóng 01 Căm xe đạp 03 Đĩa CD 01 Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
64 Ống dây 01 Ốc, tán 05 Mặt bích ống 01 Bùi nhùi thép 01 Tấm nhôm 01 Đầu nối domino 05 Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
65 Nắp chai nước 02 c) Cách thức chế tạo và tiến trình thực hiện  Gia công sản phẩm: - Bước 1: Cắt lon (A) cao 10cm, lon (B) cao 6cm và lon (C) như hình vẽ. Dùng máy khoan khoan một lỗ ngay tâm, 2 lỗ trên thành, 2 lỗ dưới đáy của lon (B), khoan 1 lỗ ngay tâm của đáy lon (C). - Bước 2: Cắt 2 đế chặn pittong tự do ( lưu ý đường kính phải nhỏ hơn đường kính lon (A) một chút). - Bước 3: Dùng tấm nhôm cắt thanh chữ L để làm giá đỡ để xi lanh của pittong truyền lực. - Bước 4: Dùng kéo cắt mặt bích ống có chiều cao 3 cm. Dùng máy khoan khoan 2 lỗ lên thành mặt bích ống và khoan một lỗ nhỏ ở giữa đáy mặt bích như hình vẽ. - Bước 5: Dùng bùi nhùi thép cuốn lại thành hình trụ cao 5 cm để làm pittong tự do cho động cơ (cuốn vừa phải không quá chặt). - Bước 6: Dùng căm xe đạp uốn trục khuỷu cho pittong. (biên độ vừa phải để kéo bong bóng không quá căng). Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
66 - Bước 7: Dùng máy cắt cắt 2 đầu nối domino, 2 nan hoa xe đạp. Dùng máy khoan khoan 3 đầu nối domino. - Bước 8: Khoan lỗ ngay tâm 2 nắp chai. Lắp ráp sản phẩm: - Bước 1: Lắp mặt bích ống và vỏ lon (B) vô thanh giá đỡ chữ L bằng ốc, tán và siết chặt. - Bước 2: Sau đó, dùngố ng dây nối từ đáy lon (B) qua thành lon (B) vào mặt bích ống thông qua các lỗ đã khoan. - Bước 3: Dùng keo AB dán các chỗ hở để khí trong lon kín. - Bước 4: Gắn 2 đế chặn vào bùi nhùi thép đã cuốn cố định để làm pittong tự do bằng căm xe đạp và siết chặt cố định bằng đầu domino. - Bước 5: Dùng 2 nắp chai gắn vào bong bóng bằng nan hoa xe đạp để làm pittong truyền lực. - Bước 6: Gắn pittong truyền lực vào mặt bích ống. Để cho kín khí, có thể dùng ruột xe đạp bao quanh mặt bích ống để bong bóng không bị sứt ra. - Bước 7: Gắn trục khuỷu đã uốn vào lon (C). Dùng 2 miếng nhựa nhỏ gắn vô hai bên đầu trục để trục quay không bị lắc. Dùng 2 đầu nối domino đã cắt khóa 2 bên đầu trục để trục khuỷu không bị dịch qua lại. - Bước 8: Gắn chặt lon (A) đã có pittong tự do vào lon (B) bằng keo 502. - Bước 9: Gắn chặt lon (C) lên lon (B) bằng keo 502. - Bước 10: Dùng đầu nối domino nối pittong tự do lên trục khuỷu. - Bước 11: Gắn đĩa vào trục khuỷu và cố định bằng keo nến. - Bước 12: Nối pittong truyền lực vào trục khuỷu bằng đầu nối domino. - Bước 13: Làm két nước gắn vào lon (A), cách đáy lon 5 cm. - Bước 14: Làm giá đỡ cho động cơ bằng lon sữa 900gr cũng là nơi đặt đèn cồn cung cấp nhiệt lượng cho động cơ. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
67 Sản phẩm hoàn thành: Hình 2.11: Mô hình động cơ Stirling. Vận hành sản phẩm: - Bước 1: Đốt đèn cồn và đặt vào giá đỡ, đổ nước vào két nước của động cơ. - Bước 2: Đặt động cơ lên giá đỡ, di chuyển pittong tự do lên vị trí giữa lon (để bùi nhùi bên trong không bị cháy khi nhiệt độ cao). - Bước 3: Đợi khoảng 1 phút, dùng tay di chuyển bành đà để tạo đà cho động cơ hoạt động tốt nhất. d) Nguyên lí hoạt động Động cơ Stirling hoạt động theo một chu trình gồm bốn giai đoạn, mỗi giai đoạn là một quá trình thuận nghịch, và cả bốn quá trình thuận nghịch này tạo nên chu trình Stirling như hình: Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
68 - Ở vị trí 1 như hình, pittong tự do đang ở vị trí trên cùng, lúc này lượng khí sẽ chiếm chỗ vùng nóng đang ở nhiệt độ TH. Khí nhận nhiệt lượng QH, dãn nở và đẩy pittong truyền lực di chuyển lên phía trên. - Ở vị trí 2, pittong truyền lực ở vị trí cao nhất của quỹ đạo chuyển động (khối khí đạt thể tích lớn nhất V2). Giai đoạn pittong truyền lực di chuyển chậm lên vị trí cao nhất được xem như quá trình đẳng tích. Pittong tự do lúc này di chuyển đến vùng nóng, đẩy khí di chuyển lên vùng lạnh. Trong thiết kế này, pittong tự do sẽ trữ nhiệt lượng QC của khí khi nó được làm lạnh từ nhiệt độ TH đến TC. - Ở vị trí 3, toàn bộ lượng khí đang ở vùng lạnh, lúc này khí sẽ co lại và kéo pittong truyền lực đi xuống. - Ở vị trí 4, pittong truyền lực di chuyển chậm và bị nén hoàn toàn ở vị trí thấp nhất của quỹ đạo (khối khí có thể tích nhỏ nhất V1). Pittong tự do di chuyển lên trên và đẩy khối khí xuống vùng nóng. Khi khối khí lạnh đi ngang qua pittong tự do, nó sẽ nhận lại nhiệt lượng QH đã trữ trước đó. Động cơ Stirling khi hoàn tất chu trình sẽ trở về vị trí 1, và cứ thế lặp đi lặp lại. e) Đề xuất sử dụng thí nghiệm - Phương án 1: Ta có thể sử dụng thí nghiệm này để vào phần vận dụng trong bài các nguyên lí của Nhiệt động lực học hoặc có thể sử dụng vào phần mở đầu bài học này để kích thích sự hứng thú của học sinh, rèn luyện tính kiên nhẫn và kĩ năng thực hành thí nghiệm của học sinh. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
69 - Phương án 2: Dạy học chủ đề STEM trong dạy bài các nguyên lí nhiệt động lực học. 2.3. Xây dựng tiến trình dạy học có sử dụng các thí nghiệm gắn kết cuộc sống phần Nhiệt học – Vật lí 10 2.3.1. Kế hoạch dạy học bài “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle-Mariotte” I. Mục tiêu 1. Năng lực Vật lí - Thành tố nhận thức kiến thức vật lí: [VL.1]. Nêu được khái niệm “trạng thái” và “quá trình biến đổi trạng thái”. [VL.2]. Nêu được định nghĩa quá trình đẳng nhiệt. [VL.3]. Phát biểu và viết được biểu thức định luật Boyle – Mariotte. [VL.4]. Vẽ được đường đẳng nhiệt trong hệ tọa độ (p,V); (p,T); (V,T). [VL.5]. Giải thích được kết quả định luật Boyle – Mariotte bằng thuyết động học phân tử chất khí. - Thành tố tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí [VL.6]. Phát hiện được vấn đề, đặt ra được câu hỏi: “áp suất và thể tích của một khối khí nhất định có mối quan hệ với nhau như thế nào khi nhiệt độ không đổi?” từ thí nghiệm mở đầu bài học. [VL.7]. Đưa ra được dự đoán mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của khối khí nhất định khi ta giữ nguyên nhiệt độ của nó. [VL.8]. Đề xuất phương án thực hiện thí nghiệm và vẽ sơ đồ bố trí các dụng cụ thí nghiệm. [VL.9]. Tiến hành thực hiện thí nghiệm dưới sự hướng dẫn của giáo viên, thu thập và xử lí được các kết quả thí nghiệm rồi rút ra kết luận. [VL.10]. Trình bày được kết quả làm việc nhóm trên phiếu học tập và báo cáo kết quả trước lớp. - Thành tố vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
70 [VL.11]. Giải thích được các tình huống thực tế trong cuộc sống như: “Tại sao nước bị hút vào chai nhựa khi ta bóp chai?”; ”Làm cách nào để tách lòng đỏ trứng chỉ bằng chai nhựa?” 2. Năng lực chung - Năng lực giao tiếp và hợp tác: [NL.1]. Phân tích được các công việc cần thực hiện để hoàn thành nhiệm vụ của nhóm. [NL.2]. Phân chia công việc cụ thể, rõ ràng, trao đổi và thống nhất ý kiến của các thành viên trong nhóm trước khi trình bày. [NL.3]. Tự tin, chủ động trong báo cáo, trình bày kết quả thí nghiệm trước lớp. - Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo: [NL.4]. Phát hiện và dự đoán được mối quan hệ giữa áp suất và thể tích khi quan sát thí nghiệm biểu diễn. [NL.5]. Xử lí tình huống trong quá trình thiết kế phương án thực hiện thí nghiệm. 3. Phẩm chất: Chăm chỉ, trung thực, trách nhiệm [PC.1]. Tích cực tìm tòi và sáng tạo trong học tập, có ý chí vượt qua khó khăn khi thực hiện các nhiệm vụ học tập; có trách nhiệm trong làm việc nhóm. [PC.2]. Kiên trì, tỉ mỉ, cẩn thận trong quá trình quan sát, thu thập và xử lí số liệu thí nghiệm. [PC.3]. Trung thực trong việc lấy số liệu và xử lí số liệu theo kết quả thu thập được. II. Chuẩn bị 2.1. Chuẩn bị về thiết bị dạy học - Bộ dụng cụ thí nghiệm kiểm chứng định luật Boyle – mariotte: 5 bộ. - 10 tờ giấy A2, 5 bút lông, bút màu tô phục vụ cho học sinh báo cáo. - Phiếu học tập. + Phiếu học tập số 1: Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
71 PHIẾU HỌC TẬP (số 1) QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT. ĐỊNH LUẬT BOYLE – MARIOTTE Họ và Tên: Lớp: Nhóm: 1. Thí nghiệm quả bong bóng co giãn. Em hãy điền thông tin các dụng cụ thí nghiệm còn trống trong hình: Hướng dẫn tiến hành thí nghiệm: - Bước 1: Bịt kín đầu ống xi lanh bằng keo nến. - Bước 2: Bỏ quả bong bóng nhỏ vào ống xi lanh. - Bước 3: Đặt pittong ở vị trí 60ml. - Bước 4: Đẩy nhẹ từ từ pittong xuống vị trí 30ml và quan sát kích thước quả bong bóng. - Bước 5: Kéo pittong lên vị trí ban đầu và quan sát kích thước quả bong bóng. 2. Trả lời câu hỏi: Em hãy ghi nhận kết quả thí nghiệm quả bong bóng co giãn vào bảng bên dưới, gồm có thông tin: không thay đổi, tăng, giảm. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
72 Diễn biến Kích thước Áp suất bên Lượng khí Nhiệt độ của quá trình bong bóng trong quả bên trong lượng khí (V) bong bóng quả bong bên trong (p) bóng quả bong bóng (T) Nén từ từ pittong xuống thể tích 30ml. Kéo từ từ pittong lên vị trí ban đầu 60 ml. Câu 1: Em xác định sự thay đổi của lượng khí bên trong quả bong bóng bằng cách nào? Câu 2:Em xác định sự thay đổi của áp suất bên trong quả bong bóng bằng cách nào? Câu 3: Trong trường hợp lượng khí bên trong quả bong bóng không thay đổi, khi kích thước quả bong bóng tăng thì áp suất bên trong quả bong bóng thay đổi như thế nào? Câu 4: Trong trường hợp lượng khí bên trong quả bong bóng không thay đổi, khi kích thước quả bong bóng giảm thì áp suất bên trong quả bong bóng thay đổi như thế nào? Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
73 Câu 5: Em hãy dự đoán mối quan hệ giữa thể tích (V) và áp suất (p) khi nhiệt độ (T) và lượng khí bên trong quả bong bóng không thay đổi? + Phiếu học tập số 2: PHIẾU HỌC TẬP (số 2) QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT. ĐỊNH LUẬT BOYLE – MARIOTTE Họ và Tên: Lớp: Nhóm:  Thí nghiệm kiểm chứng mối quan hệ giữa thể tích (V) và áp suất (p) 1. Dụng cụ thí nghiệm - Thiết bị đo trong hình trên là thiết bị gì? - Thiết bị đó dùng để làm gì? - Giới hạn đo và độ chia nhỏ nhất của thiết bị đo trong hình là bao nhiêu? 2. Kết quả thí nghiệm Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
74 Vkt: thể tích ống kim tiêm (l) Pa: giá trị của áp kế (mmHg) V= Vống nghiệm + Vkt p = po + pa ; po = 760 mmHg Lần pa (mmHg) p (mmHg) Vkt (l) V (l) pV Kết luận: So sánh kết quả thí nghiệm với giả thuyết (câu 5 – phiếu học tập số 1) Trong quá trình làm thí nghiệm, em gặp khó khăn ở đâu và em đã giải quyết nó như thế nào? Ưu điểm/ nhược điểm trong quá trình làm thí nghiệm? Rút ra kết luận về mối liên hệ giữa áp suất (p) và thể tích (V) của một khối khí xác định trong quá trình đẳng nhiệt? Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên
75 2.2. Phương pháp giảng dạy - Phương pháp giảng dạy chính: phát hiện và giải quyết vấn đề. - Một số phương pháp khác: phương pháp đàm thoại, phương pháp giảng giải. III. Tổ chức dạy học Hoạt động của GV Hoạt động của HS Mục tiêu đạt được Tiết 1 Hoạt động 1. Tìm hiểu về trạng thái và các quá trình biến đổi trạng thái. (15 phút) + Yêu cầu các nhóm + Lắng nghe, ghi nhận. [VL.1] đọc sách giáo khoa bài [VL.2] “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle – Mariotte” nghiên cứu kiến thức trạng thái và quá trình biến đổi trạng thái, sau đó vẽ sơ đồ tư duy hệ thống phần kiến thức đó. + Sau khi các nhóm đã vẽ xong sơ đồ tư duy, cử đại diện nhóm lên thuyết trình về sơ đồ tư duy của nhóm mình. + Sau khi nhóm thuyết trình, thực hiện phản biện của nhóm với các nhóm khác. Khóa luận tốt nghiệp Lê Bích Liên