Bài giảng Môn Vật lý lớp 8 - Các ứng dụng của lực đẩy Ác-Si-mét

ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP BÀN TAY NẶN BỘT
TRONG GIẢNG DẠY MÔN VẬT LÍ 8
CHỦ ĐỀ: CÁC ỨNG DỤNG CỦA LỰC ĐẨY ÁC-SI-MÉT
 Tác giả: Ths Ngô Bích Cẩm
Đơn vị: Tổ Vật lí – Kĩ thuật, khoa Tự nhiên
Vật lí là một môn khoa học thực nghiệm vì thế trong quá trình giảng dạy không thể không có phần thực nghiệm. Để có thể dễ dàng khắc sâu kiến thức, kích thích tính tò mò, tìm tòi – khám phá khoa học ở người học thì phương pháp “Bàn tay nặn bột” (BTNB) đã thổi vào một luồng gió mới trong quá trình dạy và học ở môn Vật lí nói riêng và các môn thực nghiệm nói chung. Tuy nhiên, phương pháp này không thể thay thế hoàn toàn các phương pháp dạy học truyền thống mà chỉ phát huy hiệu quả ở một số nội dung cụ thể. Trong bài viết này, tác giả chọn chủ đề Các ứng dụng của lực đẩy Ác–si–mét (bài 10, 11, 12 – Vật lí 8) và định hướng trong việc rèn luyện nghiệp vụ sư phạm của sinh viên khoa Tự nhiên ngành Vật lí trong thời gian tới.
I. Thiết kế nội dung theo phương pháp BTNB
Mục tiêu dạy học:
Về kiến thức:
Nhận biết sự tồn tại của lực đẩy Ác–si–mét.
Nhận biết phương, chiều, độ lớn của lực đẩy Ác–si–mét.
Nhận biết được điều kiện vật nổi, chìm hoặc lơ lửng.
Chỉ ra được các ứng dụng của lực đẩy Ác–si–mét trong đời sống.
Về kĩ năng:
Biết đề xuất, dự đoán và giả thuyết.
Tự tiến hành thí nghiệm kiểm chứng.
Biết thiết kế các thiết bị thí nghiệm đơn giản.
Về thái độ
- Rèn luyện khả năng làm việc độc lập, khả năng hợp tác thông qua hoạt động nhóm.
- Phát huy tính tích cực, phát triển năng lực sáng tạo, hứng thú tham gia các hoạt động với tư cách giống nhà nghiên cứu khoa học.
2. Thời lượng dự kiến: 2 tiết (90 phút)
3. Chuẩn bị
- Bình hoặc chậu đựng nước trong suốt.
- Một số chai nhựa trong (chai nước) và một số nút chai hoặc miếng xốp
- Kéo, băng dính, bút, giấy …
Bình trong suốt.
Đất nặn, cân, chai nhựa rỗng có nắp, băng dính. 
4. Tiến trình dạy học
Phần 1: Xác định thể tích của một vật nhờ lực đẩy Ác – si - mét 
Pha 1:Tình huống xuất phát và câu hỏi nêu vấn đề
Tình huống xuất phát: Giáo viên đưa ra một vật có hình dạng đều đặn không thấm nước (hình cầu hoặc hình trụ đứng ..) rồi đưa ra câu hỏi: “Có thể xác định được thể tích của một vật có hình dạng bất kì mà không cần phải tính toán chi tiết không? Vì sao?”
Pha 2: Hình thành câu hỏi của học sinh
Mỗi học sinh, mỗi nhóm tự đưa ra các ý kiến của mình để xác định thể tích của một vật 
Ví dụ:
- Đo kích thước rồi dùng công thức tính thể tích.
- Thả chìm hoàn toàn vật vào bình nước có vạch chia độ.
- Thả vào bình tràn rồi đo thể tích của phần nước tràn ra.
….
Pha 3: Xây dựng giả thuyết và thiết kế phương án thực nghiệm
Làm việc cá nhân: Học sinh làm việc cá nhân để đưa ra giải pháp xác định thể tích của một vật có hình dạng bất kì.
Làm việc nhóm:
Ở Vật lí lớp 6 đã học cách xác định thể tích của một vật không thấm nước bằng bình chia độ hoặc bình tràn nên có thể dễ dàng đưa ra các giải pháp. Nếu vật chìm trong nước thì thể tích của vật chính là thể tích của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.
- Thả vật có hình dạng đều đặn vào nước (dùng bình chia độ). Xác định thể tích của phần nước dâng lên (nước bị vật chiếm chỗ). So sánh với kết quả tính toán.
- Thả vật vào bình chứa đầy nước, xác định thể tích của phần nước tràn ra ngoài. So sánh với kết quả tính toán.
Học sinh xác định các vật liệu cần thiết
+ Nước.
+ Vật nặng có hình dạng đều đặn (hình cầu hoặc hình trụ)
+ Bình nước có chia độ (mỗi nhóm 1 bình).
+ Bình tràn, ca đong thể tích
+ Thước đo.
Pha 4: Tiến hành thực nghiệm tìm tòi – nghiên cứu
Mỗi nhóm nhận một bình và 1 lít nước có, vật nặng có dạng đều đặn, bình tràn, ca, thước đo. Học sinh tiến hành theo các giả thuyết đã đề xuất (đọc kết quả trước và sau khi nhúng vật). So sánh với kết quả đo được với tính toán.
Pha 5: Kết luận và hợp thức hóa các kiến thức.
Kết quả cho thấy vật nhúng chìm trong chất lỏng có thể tích đúng bằng thể tích của chất lỏng bị vật chiếm chỗ.
Mở rộng kết quả thí nghiệm: có thể xác định được thể tích cuả vật có hình dạng bất kì bằng bình tràn hoặc bình chia độ.
Trao đổi xung quanh kết quả thu được, có thể giao nhiệm vụ cho học sinh
Nhiệm vu 1: Xác định lực đẩy Ác – si – mét tác dụng lên vật nhúng vào chất lỏng
Lực đẩy này chính bằng trọng lượng của phần chất lỏng bị chiếm chỗ
Nhiệm vụ 2: Xác định khối lượng riêng của một cục đá hoặc củ khoai tây.
Để xác định khối lượng riêng cần xác định khối lượng (dùng cân) và xác định thể tích (nhờ bình tràn hoặc bình chia độ)
Nhiệm vụ 3:Chỉ ra các ứng dụng khác của lực đẩy Ác – si – mét
VD: Van tự ngắt của téc nước hay bồn cầu, tàu ngầm, thuyền bè, dụng cụ xác định nồng độ của dung dịch,….
Phần 2: Vật nổi hay chìm
Pha 1:Tình huống xuất phát và câu hỏi nêu vấn đề
Tình huống xuất: Có hai miếng đất nặn khối lượng bằng nhau. Một miếng đem vo tròn còn miếng kia nặn thành cái thuyền rồi nhẹ nhàng thả vào nước. Tại sao miếng vo tròn ngay lập tức bị chìm còn miếng có dạng cái thuyền lại nổi?
Pha 2: Hình thành câu hỏi của học sinh
Mỗi học sinh, mỗi nhóm tự đưa ra các ý kiến của mình về tình huống trên 
Ví dụ:
 - Do hình thù khác nhau.
- Do lực đẩy khác nhau.
- Do không khí chứa trong đó nhiều hay ít .
….
Pha 3: Xây dựng giả thuyết và thiết kế phương án thực nghiệm
Làm việc cá nhân sau đó làm việc nhóm
Các giả thuyết học sinh có thể đưa ra:
- Không khí chứa trong vật có ảnh hưởng đến sự nổi hay chìm của vật.
- Không gian mà vật chiếm chỗ trong nước có ảnh hưởng đến sự nổi của các vật, nếu vật chứa một lượng lớn không khí thì các vật sẽ chiếm nhiều không gian trong nước và do đó sẽ nổi.
- Vật có khối lượng nhỏ hơn sẽ nổi, nặng hơn sẽ chìm
Như vậy, với một vật đang chìm, nếu làm tăng được vùng không gian chiếm chỗ của nước hoặc nếu cho không khí chiếm nhiều chỗ hơn trong vật thì vật có thể sẽ nổi.
Làm việc chung toàn lớp: Làm rõ hơn cái mà học sinh gọi là “không gian chiếm chỗ của nước” và đưa ra thống nhất: “Sự nổi hay chìm của vật phụ thuộc vào thể tích của nước bị vật chiếm chỗ và khối lượng của vật”.
Pha 4: Tiến hành thực nghiệm tìm tòi – nghiên cứu
Tiến hành các thí nghiệm
Vật liệu cần sử dụng: 
- Bình trong suốt.
- Đất nặn, cân, chai nhựa rỗng có nắp, băng dính. 
Làm việc cá nhân: Giáo viên yêu cầu học sinh quan sát xem điều gì xẩy ra nếu nhấn chai nhựa chứa đầy nước và đóng kín nút vào trong nước. Học sinh thực hiện thao tác nhiều lần bằng cách sử dung các lực lớn nhỏ khác nhau hoặc cũng có thể thử với các lượng nước trong chai khác nhau để thấy rõ các hiện tượng.
Học sinh trình bày những điều mình quan sát được: chai chiếm không gian của nước và chai có thể bị đẩy lên cao nếu không khí chiếm nhiều chỗ trong chai hơn.
Làm việc nhóm: Làm thí nghiệm với miếng đất nặn.
Dùng cân để xác định được 3 miếng đất nặn có khối lượng bằng nhau rồi nặn thành quả cầu đặc, quả cầu rỗng và cái thuyền rồi nhẹ nhàng thả vào nước xem hiện tượng gì sẽ xảy ra.
Làm việc chung toàn lớp: lớp thảo luận và đưa ra kết quả:
- Khi nhấn chai nhựa đầy nước, chai sẽ chìm, nếu chai chứa ít nước thì chai sẽ nổi, chứa càng ít thì nổi càng tốt, chai chiếm một khoảng không gian trong nước và nước sẽ tác dụng lực đẩy lên chai.
- Khi thả đất nặn vào nước: với quả cầu đặc thì sẽ chìm, quả cầu rỗng thì lơ lửng, cái thuyền thì sẽ nổi trên mặt nước.
Phân tích kết quả từ hai thí nghiệm và đưa ra kết luận:
- Khối lượng không ảnh hưởng đến sự nổi hay chìm của vật.
- Thể tích không khí chứa trong vật ảnh hưởng đến việc nổi hay chìm của vật. Nếu chứa nhiều không khí sẽ nổi, càng ít thì càng dễ chìm.
=> Phải chăng không phải khối lượng mà là khối lượng riêng có ảnh hưởng đến sự nổi hay chìm của vật?
Nghiên cứu tài liệu:
Làm việc cá nhân: Học sinh đọc tài liệu và phân tích hiện tượng của thí nghiệm:
Nếu FA < P: vật chìm xuống
Nếu FA > P: vật nổi lên
Nếu FA = P: vật lơ lửng
Mối quan hệ chính ở đây là giữa lực đẩy của chất lỏng tác dụng lên vật và trọng lực của vật. Nếu nhúng hoàn toàn trong chất lỏng thì ta quy về so sánh khối lượng riêng.
Làm việc nhóm: tiến hành lại thí nghiệm để kiểm tra kết luận có được từ phân tích thực nghiệm và phân tích tài liệu.
Pha 5: Kết luận và hợp thức hóa các kiến thức.
Đối với các vật nhúng chìm trong chất lỏng: 
Nếu FA < P: vật chìm xuống
Nếu FA > P: vật nổi lên
Nếu FA = P: vật lơ lửng
Trao đổi xung quanh kết quả thu được, có thể giao nhiệm vụ cho học sinh
Nhiệm vụ 1: Giải thích vì sao cái kim rất nhỏ bé khi thả vào nước thì bị chìm còn cái thuyền to lớn thì lại có thể nổi trên mặt nước.
Nhiệm vụ 2: Giải thích vì sao miếng xốp và viên gạch có thể tích và hình thù như nhau nhưng miếng xốp thì nổi còn viên gạch lại chìm.
Nhiệm vụ 3: Thiết kế các loại phao cứu sinh.
…
II. Định hướng trong hoạt động rèn luyện nghiệp vụ của sinh viên sư phạm
	BTNB là một phương pháp dạy học còn rất mới mẻ ở Việt Nam đặc biệt là áp dụng cho hệ THCS. Các giảng viên ở các trường Cao đẳng sư phạm và giáo viên ở THCS đều mới bắt đầu tiếp cận. Vì vậy, để triển khai được phương pháp này trong thời gian tới cần lựa chọn một số chủ đề dạy học để có thể áp dụng trong quá trình rèn luyện nghiệp vụ sư phạm thường xuyên, trong đợt hội giảng, trong việc làm khóa luận cuối khóa và có thể bước đầu đưa một số nội dung giảng dạy khi sinh viên đi thực tập sư phạm. Có thể chọn một số chủ đề như sau:
- Trong Vật lí 6: Đo độ dài, đo thể tích chất lỏng, đo thể tích của vật rắn không thấm nước, đo khối lượng riêng;…
Trong Vật lí 7: Sự truyền thẳng của ánh sáng, bóng đen, bóng mờ; Thiết kế sơ đồ mạch điện nối tiếp và song song; …
Trong Vật lí 8: Lực đẩy Acsimet. Vật nổi – vật chìm; sự chuyển thể các chất; áp suất chất lỏng – bình thông nhau….
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Đỗ Hương Trà. LAMAP- Một phương pháp dạy học hiện đại. Nhà xuất bản Đại học Sư phạm. 2013.
Vũ Quang, Bùi Gia Thịnh, Dương Tiến Khang. Vật lý lớp 8. Nhà xuất bản Giáo dục. 2012.