Sử dụng bộ thí nghiệm addestation dạy học các bài thực hành vật lý trong chương trình trung học phổ thông

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Ử DỤ Ộ BÀI THỰC HÀNH VẬ Ệ PHỔ THÔNG ẠY H ỌC CÁC ỌC LĨNH VỰC: VẬT LÝ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM ADDESTATION DẠY HỌC CÁC BÀI THỰC HÀNH VẬT LÝ TRONG CHƯƠNG TRÌNH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG MỤC LỤC PHẦN MỘT: ĐẶT VẤN ĐỀ I Lý chọn đề tài II Mục đích nghiên cứu III Đối tượng khảo sát thực nghiệm IV Đóng góp đề tài V Thời gian nghiên cứu PHẦN HAI: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU I Thực trạng sử dụng thí nghiệm Addestation dạy học thực hành chương trình vật lí trung học phổ thơng II Cơ sở lý thuyết sử dụng thí nghiệm Addestation dạy thí nghiệm thực hành chương trình vật lý THPT II.1 Bộ thí nghiệm Adestation II.2 Khảo sát chuyển động rơi tự Xác định gia tốc rơi tự Thí nghiệm sử dụng cổng quang điện kết nối với aMixer MGA thu thập thời gian chuyển động thước nhựa, hiển thị đồ thị từ tính vận tốc dải đen thước nhựa thời điểm khác II.3 Đo hệ số ma sát trượt II.4 Xác định hệ số căng mặt chất lỏng II Xác định suất điện động điện trở Pin II.6 Khảo sát đặc tính chỉnh lưu ốt bán dẫn 10 II.7 Khảo sát dao động lắc đơn 10 II.8 Khảo sát mạch điện RLC mắc nối tiếp 11 III Phương pháp sử dụng thí nghiệm Addestation dạy học thực hành chương trình vật lí THPT 12 III.1 Thực hành khảo sát chuyển động rơi tự Xác định gia tốc rơi tự 12 III.2 Thực hành xác định hệ số ma sát trượt 19 III.3 Thực hành xác định hệ số căng bề mặt chất lỏng III.3.1.Mục đích 22 III.4 Thực hành xác định suất điện động điện trở Pin 27 III.5 Thực hành khảo sát đặc tính chỉnh lưu điốt bán dẫn III.5.1 Mục tiêu 31 III.6 Thực hành khảo sát thực nghiệm định luật lắc đơn 35 III.7 Thực hành khảo sát đoạn mạch R,L,C mắc nối tiếp 45 IV Kết dạy học thực nghiệm 47 PHẦN BA: KẾT LUẬN 49 I Kết đạt đề tài 49 II Biện pháp triển khai áp dụng hướng phát triển đề tài 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHẦN MỘT: ĐẶT VẤN ĐỀ I Lý chọn đề tài Vật lý mơn khoa học thực nghiệm, vai trị thí nghiệm vật lý quan trọng Việc giáo viên tổ chức cho học sinh tiếp xúc với thí nghiệm q trình học mơn vật lý tất yếu Đặc biệt thực hành thí nghiệm vật lý chương trình bắt buộc Qua thực hành thí nghiệm học sinh nắm vững tri thức, biến tri thức thành niềm tin, hình thành lực thực nghiệm khoa học, kích thích hứng thú học tập môn bồi dưỡng phẩm chất lực cần thiết người lao động như: lực quan sát, tính xác, cẩn thận, cần cù, tiết kiệm, hợp tác tổ chức lao động khoa học Thí nghiệm phương tiện giúp học sinh trải nghiệm – Thơng qua thí nghiệm địi hỏi học sinh phải làm việc tự lực hợp tác nhóm , nhờ phát huy vai trị cá nhân tính cộng đồng trách nhiệm cơng việc học sinh Để thí nghiệm vật lý thành cơng thiết bị thí nghiệm phương án thí nghiệm đóng vai trị quan trọng Kết thí nghiệm xác, kiểm chứng lý thuyết tạo niêm tin , hứng thú học tập cho học sinh, đồng thời tạo thuận lợi cho giáo viên việc sử dụng thí nghiệm vật lý đổi phương pháp dạy học phát triển phẩm chất lực học sinh Thực tế dạy học qua nhiều năm sử dụng, theo thời gian số thiết bị bộc lộ hạn chế, gây lúng túng cho giáo viên học sinh làm niềm tin, hứng thú học tập thơng qua thí nghiệm Do cần chọn thí nghiệm vật lý có tính xác đại phù hợp với phát triển khoa học công nghệ Thông qua thực hành, học sinh hiểu sâu sắc khái niệm tượng Vật lí, tin tưởng vào chân lí khoa học, quan sát số tượng bổ sung cho học, củng cố kiến thức học từ giảng lí thuyết, tập cho em khả vận dụng lí luận vào thực tiễn giải thích tượng Vật lí đơn giản xảy giới tự nhiên Tuy nhiên, để đạt mục đích cần phải đảm bảo yếu tố điều kiện sở vật chất, kĩ hướng dẫn giáo viên, thời gian, chuẩn bị giáo viên học sinh, thiết bị thí nghiệm đo có độ xác cao đồng Dạy học trực tuyến, thiết bị thí nghiệm cảm biến kết nối máy tính cho kết đo nhanh đồng thời sử dụng phần mềm xử lí số liệu cho kết nhanh giúp học sinh thấy rõ chất tượng vật lý, tiếp thu học cách dễ dàng góp phần nâng cao chất lượng dạy học Trong trình dạy học vật lý, chúng tơi sử dụng thiết bị thí nghiệm có trường, có thiết bị thí nghiệm cảm biến Addestation với mục đích tổ chức tiết thí nghiệm lý thú, thơng qua thí nghiệm vật lý nhằm hình thành phát triển phẩm chất, lực học sinh Với lí tơi chọn đề tài „Sử dụng thí nghiệm Addestation dạy học thực hành Vật Lý chương trình trung học phổ thơng‟ II Mục đích nghiên cứu Nhằm nâng cao hiệu việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trình dạy học vật lý trường trung học phổ thơng III Đối tượng khảo sát thực nghiệm Bộ thí nghiệm Addestation thí nghiệm có trường THPT Các thí nghiệm thực hành chương trình vật lý THPT Xây dựng phương án thí nghiệm sử dụng hợp lý thí nghiệm Addestion q trình dạy học thực hành thí nghiệm vật lý Phương pháp thực nghiệm phân tích tổng hợp kinh nghiệm Phương pháp thực nghiệm sư phạm: tổ chức hoạt động dạy học, ghi chép, chụp ảnh, quay phim, khảo sát kết học tập, rút kinh nghiệm dạy, phân tích diễn biến q trình thực nghiệm Điều tra phân tích thực trạng sử dụng thí nghiệm Addestation dạy học vật lý IV Đóng góp đề tài Điều tra thực trạng sử dụng thiết bị thí nghiệm Addestation dạy học Vật lý số trường THPT tỉnh Nghệ An Phân tích ngun nhân, khó khăn, xây dựng phương án thí nghiệm sử dụng hợp lý thí nghiệm Addestion dạy học thực hành thí nghiệm vật lý V Thời gian nghiên cứu Từ tháng 10 năm 2021 đến tháng năm 2022 PHẦN HAI: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU I Thực trạng sử dụng thí nghiệm Addestation dạy học thực hành chương trình vật lí trung học phổ thơng Trong chương trình vật lí trung học phổ thơng hành có thí nghiệm thực hành: Phần học gồm có thí nghiệm khảo sát chuyển động rơi tự do, xác định gia tốc rơi tự do; xác định hệ số ma sát trượt; khảo sát định luật dao động lắc đơn Thí nghiệm điện gồm: xác định suất điện động điện trở pin điện hóa; khảo sát đặc tính chỉnh lưu Đi ốt bán dẫn đặc tính khuếch đại Tranzito; khảo sát mạch điện xoay chiều RLC Thí nghiệm quang học gồm: xác định tiêu cự thấu kính phân kỳ; xác định bước sóng ánh sáng Phần nhiệt học có thí nghiệm xác định hệ số căng bề mặt chất lỏng Để tìm hiểu thực trạng sử dụng thí nghiệm Addestation tơi tiến hành khảo sát phiếu 30 giáo viên dạy môn vật lý trường THPT số trường THPT tỉnh Nghệ An sau: Sau thu thập, phân tích, tổng hợp qua phiếu điều tra cho kết I.1.Thống kê mức độ sử dụng thí nghiệm Addestation có kết nối máy tính dạy học vật lý THPT 17% sử dụng thường xuyên 57% 27% Ít sử dụng Chưa sử dụng Biểu đồ thống kê mức độ sử dụng thí nghiệm Addestation dạy học vật lý I.2.Thống kê cần thiết sử dụng thiết bị thí nghiệm Addestation có kết nối máy tính dạy học vật lý THPT 17% 30% Rất cần thiết Cần thiết 53% Không cần thiết I.3 Nguyên nhân khó khăn c th ực tr ạng s dụng thí nghi ệm Biể u đồ thống kê cần thiết sử dụng thiết bị thí nghiệm có kết nối máy tính Addestation dạy học vật lí trung học phổ thơng Mặc dù vật lí môn khoa học thực nghiệm nhiên việc sử dụng thiết bị thí nghiệm đại có kết nối máy tính dạy học vật lý lại giáo viên sử dụng việc dạy học thí nghiệm vật lí khơng thành cơng, kết thí nghiệm thiếu thuyết phục học sinh, nên giáo viên có tâm lí e ngại sử dụng sử dụng thí nghiệm dạy học Giáo viên sử dụng chưa thành thạo thiết bị thí nghiệm đại có kết nối máy tính, tốn nhiều thời gian chuẩn bị thí nghiệm, nên giáo viên ngại khơng tiến hành thí nghiệm Sĩ số lớp học đông học sinh, số lượng thiết bị thí nghiệm khơng đủ cho nhóm học sinh thí nghiệm; giáo viên không bao quát trợ giúp hết nhóm học sinh thí nghiệm dẫn đến khơng hồn thành kế hoạch dạy, nên giáo viên lựa chọn thí nghiệm Thiếu tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị thí nghiệm; hình thức kiểm tra thi rào cản giáo viên tìm tịi, sáng tạo việc sử dụng thiết bị thí nghiệm Trên có sở phân tích ngun nhân khó khăn đề cập thấy việc sử dụng bí nghiệm Addestation có kết nối máy tính cần thiết cần có tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị thí nghiệm để sử dụng thí nghiệm có kết thuyết phục, rút ngắn thời gian thí nghiệm xử lí số liệu nhằm khắc phục khó khăn nêu Việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm truyền thống - khơng ghép nối với máy vi tính việc sử dụng thí nghiệm có ghép nối với máy vi tính có chung tiến trình sau: - Tiến hành thí nghiệm để quan sát tượng, q trình vật lí cần nghiên cứu - Thu thập số liệu đo; xử lí số liệu đo trình bày kết thí nghiệm Từ kết xử lí đó, tìm hay chứng tỏ tồn mối quan hệ có tính qui luật tượng, q trình nghiên cứu Cùng có tiến trình nhau, song thiết bị thí nghiệm kỹ thuật số ghép nối với máy vi tính có hỗ trợ phần mềm, nhiều cơng việc hồn thành tự động theo chương trình định sẵn, giảm đáng kế thời gian thu thập xử lí số liệu nên cho kết thí nghiệm nhanh Khâu thu thập số liệu đo khâu quan trọng thực nghiệm Trong lần thí nghiệm thường phải đo từ đại lượng trở lên lại phải đo nhiều giá trị khác Rồi thí nghiệm lại phải tiến hành nhiều lần, đo nhiều lần Từ số liệu xử lí số liệu khơng có hỗ trợ máy tính phần mềm hỗ trợ thời gian, cơng sức thu thập số liệu, xử lí số liệu đáng kể nhiều thí nghiệm cơng việc khó khăn giáo viên học sinh Thí nghiệm có kết nối với máy vi tính, nhờ máy vi tính phần mềm, ta phân tích, xử lí số liệu theo chương trình phần mềm định sẵn, ý định phân tích, xử lí số liệu giáo viên hay học sinh lựa chọn Cịn phép tính tốn cụ thể như: cộng, trừ, nhân, chia, bình phương, khai , lập biểu bảng, vẽ đồ thị mối quan hệ đại lượng nghiên cứu máy vi tính thực Các kết tính tốn, biểu bảng đồ thị hiển thị hình máy vi tính Q trình tính tốn, lập biểu bảng hay vẽ đồ thị máy vi tính làm trong vài giây tới vài phút Kết hiển thị hình hồn tồn xác khoa học, đẹp đẽ Cịn thí nghiệm khơng kết nối hỗ trợ máy vi tính việc lập biểu bảng, tính tốn hay vẽ đồ thị t nh xử lí số liệu cách “thủ công” thường chiếm nhiều thời gian nhiều khó khăn Có thể đưa ví dụ cụ thể sau để so sánh ưu nhược điểm thí nghiệm có hỗ trợ máy vi tính khơng có hỗ trợ máy vi tính: Trong thí nghiệm xác định suất điện động điện trở Pin điện hóa Thí nghiệm khơng có kết nối máy vi tính sau thu thập số liệu hiệu điện cường độ dịng điện việc vẽ đồ thị để tìm quan hệ cường độ dòng điện hiệu điện nhiều thời gian Cịn thí nghiệm có kết nối máy tính Hình 3.1 Biết tần số dịng điện f điện trở R, Xác định độ tự cảm cuộn tự cảm L cuộn cảm điện dung C tự điện III Phương pháp sử dụng thí nghiệm Addestation dạy học thực hành chương trình vật lí THPT III.1 Thực hành khảo sát chuyển động rơi tự Xác định gia tốc rơi tự III.1.1 Mục đích + Đo vận tốc thước nhựa có dải đen thời điểm khác + Xác định gia tốc rơi tự nơi thí nghiệm III.1.2 Dụng cụ thí nghiệm aMixer MGA cổng quang điện 12 thước nhựa (có dải đen, dải rộng 0,02m) trụ đỡ với kẹp miếng xốp III.1.3.Tiến hành thí nghiệm Bật cơng tắc bên hơng aMixer MGA – Hình 3.1 Cắm cổng quang điện vào kênh MGA – Hình 3.2 Đặt trụ đỡ lên bàn Kẹp cổng quang điện vào trụ đỡ điều chỉnh độ cao cho vị trí thấp Đảm bảo cổng quang điện song song với mặt bàn Hình 3.2 Đặt miếng xốp sàn cổng quang điện Ấn nút MGA để bắt đầu thu thập liệu Giữ thước nhựa thẳng đứng đặt vị trí cho vạch đen thấp thước nhựa nằm bên cổng quang điện hình 3.3 Thả tay để thước nhựa rơi qua cổng quang điện Khi thước nhựa chạm sàn, ấn nút để ngừng thu thập liệu Sẽ thu đồ thị có dạng đường thẳng đứng hình 3.4a Hình 3.3 13 Vùng trũng Hình 3.4a nhấn vào đồ thị để phóng to Hình 4b Nhấn vào biểu tượng Màn hình hiển thị vùng trũng hình 3.4b 10 Nhấn vào biểu tượng , sau nhấn chọn cạnh xuống vùng trũng Một dấu “+” xuất Giá trị x cho biết thời điểm bắt đầu xuất vùng trũng 11 Tiếp tục nhấn chọn vào cạnh lên vùng trũng Một dấu “+” khác xuất Sử dụng nút mũi tên MGA để di chuyển dấu “+” tới điểm mong muốn – Hình 3.5 Giá trị x cho biết thời điểm kết thúc vùng trũng 12 Màn hình xuất số liệu góc bên trái Lưu ý số liệu thứ “Độ lệch thời gian” cho biết khoảng thời gian từ lúc bắt đầu kết thúc vùng trũng Ghi tệp thí nghiệm cách ấn vào biểu tượng + Cạnh xuống + Cạnh lên Hình Hình 3.5 13 Nhấn vào điểm đồ thị Màn hình xuất dịng số liệu “Thời điểm trung bình” cho biết thời điểm trung bình lúc bắt đầu kết thúc vùng trũng Ghi lại giá trị vào bảng 3.1 14 Làm tương tự bước 11 – 13 với vùng trũng đến Ghi lại số liệu thu vào bảng 3.1 14 15 Tắt MGA cất giữ dụng cụ III.1.4 Kết thí nghiệm Đo vận tốc dải đen thước nhựa rơi tự Đồ thị aMixer MGA sau phóng to hình 3.6 Nhấn vào biểu tượng sau nhấn chọn cạnh xuống vùng trũng từ đến ghi số liệu khoảng thời gian xuất vùng trũng thời điểm xuất vùng trũng tính vận tốc dải đen thước nhựa có độ rộng 0,02m kết thể bảng 3.1 Hình 3.6 Bảng 3.1 Biết độ rộng dải đen thước nhựa Vùng trũng Vùng trũng Vùng trũng Vùng trũng Vùng trũng Vùng trũng Vùng trũng Vùng trũng = 0.02m Khoảng thời Thời điểm gian xuất hiện(s) xuất hiện(s) Vận tốc dải đen (m/s) 0,01931 0,833 1,036 0,01448 1,001 1,243 0,01180 1,030 1,553 0,01073 1,053 1,864 0,00912 1,075 2,070 0,00858 1,093 2,331 0,00805 0,980 2,484 15 Hình 37.a: Thời gian vùng trũng Hình 37.b: Thời gian vùng trũng 16 Sự xuất bảy vùng trũng bảy dải đen thước chắn tín hiệu thu phát cổng quang điện, cổng quang điện không sinh điện áp Biết độ rộng dải đen thước nhựa 0.02m Dựa vào số liệu thu bảng 3.1, tính vận tốc dải đen (làm tròn đến phần thập phân thứ 3) ghi lại kết vào bảng 3.1 Từ kết bảng 3.1 ta thấy vận tốc thước tăng chứng tỏ rơi tự chuyển động nhanh dần đều.Tính gia tốc rơi tự g dựa cơng thức: g = Trong đó, v1 v7 vận tốc dải đen 7; t1 t7 thời điểm xuất vùng trũng Đo gia tốc rơi tự g Từ đồ thị xác định khoảng thời gian xuất thời điểm xuất vùng trũng tính gia tốc rơi tự ghi bảng 3.2 Hình 3.7a 3.7b hình 3.8a, 3.8b kết thí nghiệm lần lần Bảng 3.2 Biết độ rộng dải đen thước nhựa Lần thí nghiệm = 0.02m Vùng trũng Khoảng Gia tốc Vận thời gian Thời điểm tốc rơi tự 2do (m/s2) g (m/s ) xuất xuất dải đen hiện(s) hiện(s) (m/s) 0,01931 0,833 1,036 0,00805 0,980 2,484 0,01897 0,781 1,054 0,00821 0,942 2,436 0,01932 1,342 1,035 0,00827 1,476 2,418 0,01985 0,852 1,008 9,850 0,288 9,584 0,554 10,321 0,183 10,286 0,148 17 0,00831 0,988 2,407 0,01931 0,852 1,036 0,00805 0,988 2,484 Giá trị trung bình 10,647 0,509 10,138 0,336 Hình 3.8a – Thí nghiệm lần Hình 3.8b – Thí nghiệm lần Giá trị trung bình gia tốc rơi tự do: 18