cải tiến một số bộ thí nghiệm thực hành trong chương trình vật lí trung học phổ thông

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 - Hệ thống bài thực hành Vật lí trong chương trình vật lí THPT Bảng 1.2 - Bảng tổng hợp kết quả điều tra ưu nhược điểm của một số bộ thí nghiệm thực hành hiệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

-

Trần Nguyễn Nam Bình

CẢI TIẾN MỘT SỐ BỘ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH

TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh – 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

-

Trần Nguyễn Nam Bình

CẢI TIẾN MỘT SỐ BỘ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH

TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

Mã số: 60 14 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Thành phố Hồ Chí Minh – 2013

Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường THPT Chuyên Lương Thế Vinh tỉnh Đồng Nai, các lớp chuyên lí năm học 2011 – 2012 và 2012 - 2013, các đồng nghiệp trong tổ Vật lí của trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi có thể thực hiện và thực nghiệm đề tài

Cuối cùng, con xin bày tỏ lòng biết ơn đến cha mẹ, gia đình, những người đã thường xuyên động viên, khuyến khích, hỗ trợ để con có thể hoàn thành luận văn

Một lần nữa, xin gửi đến tất cả mọi người lòng biết ơn chân thành và sâu sắc

Tp Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2013

Tác giả

Trần Nguyễn Nam Bình

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 7

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

DANH MỤC CÁC HÌNH 10

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu 3

5 Phạm vi nghiên cứu 3

6 Giả thuyết khoa học 3

7 Phương pháp nghiên cứu 3

8 Những đóng góp mới của đề tài nghiên cứu 4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 5

1.1 Các vấn đề về thí nghiệm Vật lí 5

1.1.1 Đặc điểm và vai trò của thí nghiệm Vật lí trong dạy học Vật lí 5

1.1.2 Các thiết bị thí nghiệm 8

1.1.3 Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đối với việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí 11

1.2 Các vấn đề về thí nghiệm thực hành Vật lí [7] 11

1.2.1 Đặc điểm và vai trò của thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí 11

1.2.2 Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đối với việc sử dụng thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí [7] 13

1.2.3 Đánh giá kết quả phép đo trong thí nghiệm thực hành Vật lí 15

1.2.4 Phương pháp biểu diễn kết quả phép đo bằng đồ thị 21

1.2.5 Các tiêu chí lựa chọn một phương án thí nghiệm thực hành 24

1.2.6 Hệ thống bài thí nghiệm thực hành trong chương trình Vật lí trung học phổ thông 25

1.2.7 Những thuận lợi và khó khăn khi dạy học thí nghiệm thực hành Vật lí trong chương trình THPT hiện nay 29

1.2.8 Thực trạng thí nghiệm thực hành môn Vật lí THPT và một số giải pháp cải tiến thực trạng hiện nay 31

1.3 Ưu nhược điểm của một số bộ thí nghiệm thực hành hiện có trong các trường phổ thông về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành 34 1.3.1 Mục đích điều tra 34

1.3.2 Đối tượng và phương pháp điều tra 34

1.3.3 Kết quả điều tra 34

1.4 Kết luận chương 1 42

CHƯƠNG 2 CẢI TIẾN MỘT SỐ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 43

2.1 Thí nghiệm đo hệ số ma sát theo phương pháp động lực học 43

2.1.1 Tăng độ chính xác của phép đo hệ số ma sát nghỉ 43

2.1.2 Tăng độ chính xác của phép đo hệ số ma sát trượt 45

2.1.3 Thí nghiệm xác định hệ số ma sát trượt giữa gỗ và gỗ 48

2.1.4 Hiệu quả cải tiến 51

2.2 Thí nghiệm đo hệ số căng bề mặt của chất lỏng 54

2.2.1 Giảm thời gian đo các đường kính của vòng nhôm 55

2.2.2 Thay đổi cách mắc dây treo vòng nhôm để đảm bảo mặt phẳng vòng song song với mặt thoáng của chất lỏng khi thực hành 57

2.2.3 Giảm tốc độ nước chảy để việc đọc số chỉ lực kế dễ dàng 58

2.2.4 Định sẵn lượng nước cần đổ vào các cốc để vừa đủ thí nghiệm 60

2.2.5 Chế tạo giá đỡ có thể thay đổi độ cao một cách từ từ thay cho việc dùng bình thông nhau 62

2.2.6 Hiệu quả cải tiến 65

2.3 Thí nghiệm đo suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa 68

2.3.1 Khắc phục tình trạng số liệu hiển thị trên đồng hồ không ổn định 68

2.3.2 Cải thiện kĩ năng vẽ đồ thị biểu diễn kết quả đo trên giấy kẻ ô li 70

2.3.3 Hiệu quả cải tiến 71

2.4 Thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính phân kì 77

2.4.1 Tạo cơ sở đảm bảo sự đồng trục của các thấu kính 77

2.4.2 Tăng độ chính xác của kết quả xác định vị trí ảnh trên màn 79

2.4.3 Thiết kế chữ L trong suốt thay thế cho số 1 chắn sáng 86

2.4.4 Hiệu quả cải tiến 87

2.5 Thí nghiệm đo tốc độ truyền âm trong không khí 89

2.5.1 Ứng dụng kĩ thuật điện tử để hỗ trợ việc xác định vị trí pittông khi có cộng hưởng âm 89

2.5.2 Hiệu quả cải tiến 90

2.6 Kết luận chương 2 91

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT MỞ RỘNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 92

3.1 Đo hệ số ma sát trượt giữa giấy và thép 92

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của góc nghiêng đến kết quả đo hệ số ma sát trượt theo phương pháp động lực học 94

3.3 Đo hệ số căng bề mặt của nước nguyên chất với những khung nhôm có hình dạng đường chu vi mặt ngoài khác nhau 95

3.4 Kiểm nghiệm lại sự phụ thuộc của hệ số căng bề mặt của nước và rượu etylic vào nhiệt độ 98

3.5 Kết luận chương 3 100

KẾT LUẬN CHUNG 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

PHỤ LỤC 105

TN TNTH

Viết đầy đủ

giáo viên học sinh trung học phổ thông

độ chia nhỏ nhất giới hạn đo sách giáo viên sách giáo khoa thấu kính hội tụ thấu kính phân kì thí nghiệm

thí nghiệm thực hành

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 - Hệ thống bài thực hành Vật lí trong chương trình vật lí THPT

Bảng 1.2 - Bảng tổng hợp kết quả điều tra ưu nhược điểm của một số bộ thí

nghiệm thực hành hiện có trong các trường phổ thông về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành

Bảng 2.1 - Kết quả đo µt dùng 1 cổng quang trước cải tiến

Bảng 2.2 - Kết quả đo µ t bằng phương án cải tiến dùng 2 cổng quang với chế độ

MODE A↔B, không dùng nam châm và công tắc, bề mặt trượt là nhôm

Bảng 2.3 - Kết quả đoµ t bằng phương án cải tiến dùng 1 cổng quang với chế độ

MODE A, không dùng nam châm và công tắc, bề mặt trượt là nhôm

Bảng 2.4 - Kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước trước khi cải tiến

Bảng 2.5 - Kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước sử dụng kẹp giấy

Bảng 2.6 - Bảng số liệu đo U – I trong thí nghiệm 1

Bảng 2.7 - Bảng số liệu đo U – I trong thí nghiệm 2

Bảng 2.8 - Bảng số liệu đo U – I trong thí nghiệm 3

Bảng 2.9 - Bảng số liệu đo U – I trong thí nghiệm 4

Bảng 2.10 - Kết quả đo tiêu cự f của TKPK trước khi cải tiến

Bảng 2.11 - Kết quả đo tiêu cự f của TKPK bằng cách điều chỉnh đèn chiếu để tạo

ra chùm sáng song song tới hệ thấu kính

Bảng 2.12 - Kết quả đo tiêu cự f của TKPK với đèn LED công suất cao

Bảng 2.13 - Kết quả đo tiêu cự f của TKPK với chữ L trong suốt

Bảng 3.1 - Kết quả đoµ dùng t 1 cổng quang với chế độ MODE A

Bảng 3.2 - Kết quả đoµ t dùng 2 cổng quang với chế độ MODE A↔B

Bảng 3.3 - Các số liệu thực nghiệm đo hệ số ma sát trượt giữa hai bề mặt thép –

nhôm với các góc nghiêng khác nhau

Bảng 3.4 - Các số liệu thực nghiệm đo hệ số ma sát trượt giữa hai bề mặt thép –

giấy với các góc nghiêng khác nhau

Bảng 3.5: Kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước nguyên chất với những khung

nhôm có hình dạng đường chu vi mặt ngoài khác nhau

Bảng 3.6 - Giá trị hệ số căng bề mặt của nước và rượu etylic ở các nhiệt độ khác

nhau được ghi trong một số tài liệu nước ngoài

Bảng 3.7 - Kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước ở một số nhiệt độ

Bảng 3.8 - Kết quả đo hệ số căng bề mặt của rượu etylic 960 ở một số nhiệt độ

DANH M ỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 – Cách vẽ đường biểu diễn thực nghiệm trên giấy

Hình 2.1 – Thước đo góc với dây dọi là dây chỉ mảnh

Hình 2.2 - Thước đo góc tự chế bằng giấy rôki

Hình 2.3 - Bộ thí nghiệm đo hệ số ma sát nghỉ với giá đỡ thay đổi độ cao

Hình 2.4 - Nguyên lí đo thời gian của hệ thống đồng hồ đo thời gian và cổng quang

điện

Hình 2.5 - Nguyên lí cấu tạo công tắc kép

Hình 2.6 - Bộ thí nghiệm đo hệ số ma sát sử dụng hai cổng quang

Hình 2.7 - Bố trí thí nghiệm đo hệ số ma sát trượt giữa gỗ - gỗ với giá đỡ và kẹp đa

năng

Hình 2.8 - Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của lực ma sát trượt vào áp lực

Hình 2.9 - Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của Fmst vào bản chất bề mặt tiếp xúc

Hình 2.10 - Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của Fmst vào diện tích tiếp xúc

Hình 2.11 - Bảng số liệu và đồ thị khảo sát sự phụ thuộc của Fmst vào N

Hình 2.12 - Mô phỏng vòng nhôm sau khi đánh dấu các cặp vạch

Hình 2.13 - Đo đường kính ngoài của vòng nhôm đã đánh dấu các cặp vạch

Hình 2.14 - Đo đường kính trong của vòng nhôm đã đánh dấu các cặp vạch

Hình 2.15 - Mô phỏng vòng nhôm với 3 dây treo phụ thêm

Hình 2.16 - Dùng kẹp giấy để giảm tốc độ nước chảy

Hình 2.17 - Bộ thí nghiệm với khóa và ống nhựa trong bộ dụng cụ truyền nước biển Hình 2.18 - Bộ thí nghiệm tự chế với hộp nhựa đựng thực phẩm có kích thước lớn

Hình 2.19 - Mô phỏng bộ thí nghiệm đo hệ số căng bề mặt trong SGK

Hình 2.20 - Mô phỏng thao tác xác định lượng nước cần đổ vào các cốc

Hình 2.21 - Cốc nhựa với thước milimet được dán dọc chiều dài cốc

Hình 2.22 – Mô phỏng thao tác cải tiến cho vòng nhôm chạm mặt nước

Hình 2.23 - Bộ dụng cụ và giá đỡ thay đổi độ cao của hãng Cornelsen

Hình 2.24 - Cái Đội bán ngoài thị trường

Hình 2.25 - Giá đỡ làm theo mẫu của hãng Cornelsen

Hình 2.26 - Giá đỡ bánh xoay bằng gỗ

Hình 2.27 - Lắp đặt hệ thống thí nghiệm với giá đỡ dùng bùlong và kẹp đa năng Hình 2.28 - Một số hộp pin có trên thị trường

Hình 2.29 - Dây dẫn với một đầu đã được hàn chặt lại

Hình 2.30 - Đồ thị U = f(I) vẽ bằng Excel với số liệu trong bảng 2.6

Hình 2.31 - Đồ thị U = f(I) vẽ bằng Excel với số liệu trong bảng 2.7

Hình 2.32 - Đồ thị U = f(I) vẽ bằng Excel với số liệu trong bảng 2.8

Hình 2.33 - Đồ thị U = f(I) vẽ bằng Excel với số liệu trong bảng 2.9

Hình 2.34 - Đồ thị U = f(I) vẽ trên giấy ô li vở với số liệu trong bảng 2.6

Hình 2.35 - Đồ thị U = f(I) vẽ trên giấy ô li nhỏ với số liệu trong bảng 2.6

Hình 2.36 – Mô phỏng sự tạo ảnh qua TKHT với điểm sáng không thuộc trục chính Hình 2.37 - Các vạch đứng được dán vào trục thấu kính và con trượt

Hình 2.38 - Sơ đồ tạo ảnh của vật qua thấu kính với màn gắn quang điện trở

Hình 2.39 - Mạch điện có quang điện trở gắn trên màn hứng ảnh tự chế

Hình 2.40 - Sơ đồ tạo ảnh của điểm sáng qua thấu kính với màn gắn quang điện trở

Hình 2.41 - Mô phỏng cấu tạo của đèn chiếu sáng trong bộ thí nghiệm

Hình 2.42 - Sơ đồ tạo ảnh qua hệ hai TK với chùm sáng tới song song

Hình 2.43 - Điều chỉnh vị trí tim đèn để được chùm sáng song song

Hình 2.44 - Sơ đồ tạo ảnh qua hệ TK với nguồn sáng điểm trên trục chính

Hình 2.45 - Thay số 1 chắn sáng bằng đèn Led công suất cao đặt tại tâm mảnh tròn Hình 2.46 - Thí nghiệm chọn vị trí ảnh để định vị trí gắn quang điện trở trên màn

Hình 2.47 - Thí nghiệm với đèn Led công suất cao và màn có gắn quang điện trở

Hình 2.48 - Số 1 của bộ thiết bị, chữ L trong suốt dùng làm vật sáng và đĩa A

Hình 2.49 - Bộ dụng cụ ghi đồ thị dao động âm với dao động kí

Hình 2.50 - Đồ thị dao động âm hiển thị trên màn hình dao động kí

Hình 3.1 - Bộ thiết bị sau khi thay bề mặt nhôm bằng giấy khổ A3

Hình 3.2 - Các khung nhôm vuông, chữ nhật và tấm nhôm dùng trong thí nghiệm

Hình 3.3 - Đồ thị biểu diễn kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước theo nhiệt độ

Hình 3.4 - Bộ dụng cụ đo hệ số căng bề mặt của nước và rượu etylic theo nhiệt độ

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Những yêu cầu của thời đại ngày nay đòi hỏi nhà trường phổ thông không chỉ dừng lại ở việc trang bị cho học sinh (HS) những kiến thức và kĩ năng loài người đã tích lũy được mà còn phải bồi dưỡng cho HS năng lực tự thu nhận tri thức,

tự phát hiện và giải quyết vấn đề do nhiệm vụ học tập đề ra, năng lực sáng tạo những kiến thức mới, phương tiện mới và cách giải quyết mới Do đó, trên thế giới, mọi cuộc cách mạng về phương pháp dạy học ở trường phổ thông đều nổi lên xu hướng chung: tích cực hóa và cá thể hóa hoạt động nhận thức của HS Đối với môn

Vật lí, một môn khoa học thực nghiệm, thì xu hướng đó được thể hiện trên nhiều mặt, trong đó có việc tăng cường các hoạt động thực nghiệm của HS

Các thí nghiệm thực hành (TNTH) Vật lí trong trường THPT được xây dựng với các mục đích sau:

- Rèn luyện cho HS kĩ năng thực nghiệm cơ bản về Vật lí, làm quen với một số dụng cụ và máy móc thực nghiệm, tạo điều kiện cho HS biết cách tiến hành các phép đo một số đại lượng Vật lí

- Giúp HS hình thành nên những nét nhân cách con người thông qua những kĩ năng khoa học và các thao tác tư duy logic Vật lí; đồng thời rèn luyện tính kiên trì, chính xác, trung thực và khách quan đối với người làm công tác khoa học

- Thông qua các bài thực hành, HS hiểu sâu sắc hơn các khái niệm và hiện tượng

Vật lí, tin tưởng vào các chân lí khoa học, quan sát được một số hiện tượng bổ sung cho bài học, củng cố những kiến thức đã học được từ các bài giảng lí thuyết, tập cho các em khả năng vận dụng lí luận vào thực tiễn và giải thích được các hiện tượng

Vật lí đơn giản đang xảy ra trong thế giới tự nhiên

Tuy nhiên, các mục đích trên khó đạt được vì số lượng các bài thực hành trong chương trình ít, chất lượng dạy học tiết thực hành chưa cao do phụ thuộc nhiều yếu tố như điều kiện cơ sở vật chất, kĩ năng hướng dẫn của GV, thời gian, sự chuẩn bị của GV và HS, nhất là các thiết bị thí nghiệm đo không chính xác, không đồng bộ Giáo dục đại trà trước mắt và lâu dài vẫn tập trung thực hiện các TNTH

trong chương trình học Vì vậy, bên cạnh sự cần thiết phải trang bị các thiết bị hiện đại và chờ cấp kinh phí để mua mới hay sửa chữa các thiết bị hư thì mỗi GV phải cố gắng tự khắc phục những hạn chế của các bộ TNTH trong khả năng của mình bằng những phương án đơn giản, kinh tế, hiệu quả nhưng vẫn đảm bảo tính sư phạm

Với tất cả những lí do đã trình bày ở trên, cùng với niềm đam mê thí nghiệm,

tôi quyết định chọn đề tài: “Cải tiến một số bộ thí nghiệm thực hành trong chương trình Vật lí trung học phổ thông” làm đề tài nghiên cứu Trong khuôn

khổ nghiên cứu giới hạn của đề tài, tôi sẽ cố gắng thực hiện những phương án cải tiến khả thi, hi vọng kết quả nghiên cứu của tôi sẽ đóng góp một phần nhỏ bé trong việc nâng cao hiệu quả của việc thực hành thí nghiệm Vật lí ở trường phổ thông

2 Mục đích nghiên cứu

Cải tiến một số TNTH Vật lí về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành nhằm thực hiện được các mục tiêu của bài thực hành đặt ra, qua đó nâng cao hiệu quả của việc thực hành thí nghiệm Vật lí ở trường phổ thông

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục đích nghiên cứu, tôi cần thực hiện những nhiệm vụ sau:

o Nghiên cứu cơ sở lí luận của đề tài

o Tìm hiểu các bài TNTH trong chương trình Vật lí THPT

o Tìm hiểu thực trạng dạy học tiết thực hành Vật lí ở một số trường THPT

o Nghiên cứu ưu nhược điểm của các bộ TNTH hiện có trong các trường phổ thông về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành

o Phỏng vấn đồng nghiệp và học trò để biết thêm những ưu nhược điểm của các TNTH trong chương trình Vật lí THPT

o Nghiên cứu và đề xuất các phương án cải tiến một số TNTH Vật lí đã chọn

o Thực hiện các phương án cải tiến có tính đến các yếu tố kinh tế, giản đơn, hiệu quả và tính sư phạm

o Thực hiện lại các thí nghiệm với các phương án cải tiến Ghi nhận, xử lí số liệu thu được và ý kiến đóng góp để điều chỉnh, hoàn thiện các phương án

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

o Đối tượng nghiên cứu: Các phương án cải tiến một số TNTH Vật lí ở trường THPT về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành

o Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học TNTH Vật lí ở trường THPT

5 Phạm vi nghiên cứu

o Nội dung: Cải tiến về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành

o Địa bàn: Các trường THPT trong tỉnh Đồng Nai và một số tỉnh lân cận

o Thời gian: Từ tháng 3/2012 đến tháng 8/2012

6 Giả thuyết khoa học

Nếu cải tiến một cách phù hợp các thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành của một số thí nghiệm thực hành thì sẽ nâng cao hiệu quả của việc thực hành thí nghiệm vật lí ở trường phổ thông

7 Phương pháp nghiên cứu

7.1 Các phương pháp nghiên cứu lí luận

o Nghiên cứu các tài liệu liên quan về lí luận dạy học, tâm lí học, giáo dục học

và các tài liệu khoa học cơ bản liên quan đến đề tài, đặc biệt nghiên cứu kĩ những cơ sở lí luận về thí nghiệm thực hành Vật lí

o Phương pháp phân tích và tổng hợp

o Phương pháp phân loại và hệ thống hóa

7.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

o Phương pháp điều tra: điều tra và tổng hợp ý kiến các GV dạy Vật lí ở các trường THPT về thực trạng thiết bị và dạy học các TNTH Vật lí

o Phương pháp chuyên gia: tham khảo và tổng hợp ý kiến các nhà nghiên cứu giáo dục về việc dạy học thực hành Vật lí ở trường THPT

8 Những đóng góp mới của đề tài nghiên cứu

Các phương án cải tiến đã làm cho việc thực hiện một số TNTH trở nên đơn giản và có độ chính xác cao hơn Đề xuất mở rộng một số TNTH đã khai thác thêm chức năng của các bộ TNTH, góp phần duy trì sự đam mê nghiên cứu khoa học của

GV và HS trong điều kiện thiếu trang thiết bị cả về số lượng và chất lượng hiện nay

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Các vấn đề về thí nghiệm Vật lí

1.1.1 Đặc điểm và vai trò của thí nghiệm Vật lí trong dạy học Vật lí

Trong các tài liệu về lí luận dạy học Vật lí [7], [8] thì thí nghiệm (TN) Vật lí được định nghĩa 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 Thí nghiệm Vật lí có một số đặc điểm sau:

- Các điều kiện của TN phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho thông qua TN, 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 TN có 3 yếu tố cấu thành 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 TN 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 giữ không đổi

- Các điều kiện của TN phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ sử dụng các thiết bị TN có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, nhờ làm giảm tối đa các loại nhiễu

- TN có thể lặp lại, nghĩa là với các thiết bị, các điều kiện như nhau thì khi bố trí, tiến hành lại TN thì hiện tượng và quá trình Vật lí phải diễn ra giống như trước đó

- Đặc điểm quan trọng nhất là tính chất có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó qua sự biến đổi của đại lượng khác, nghĩa là dù với đối tượng nào cũng quan sát được TN Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự

hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc

Vai trò của TN trong dạy học Vật lí được xem xét bởi cả các nhà lí luận nhận thức và lí luận dạy học:

 Theo quan điểm lí luận nhận thức

 TN là phương tiện của việc thu nhận tri thức

Trong dạy học Vật lí, khi HS còn chưa có hoặc có hiểu biết ít về hiện tượng, quá trình cần nghiên cứu thì TN được sử dụng như là phương tiện phân tích hiện thực khách quan để cung cấp cho HS những dữ kiện cảm tính (các biểu tượng, các

số liệu đo đạc) về hiện tượng, quá trình Vật lí này Các dữ liệu này tạo điều kiện cho

HS đưa ra những giả thuyết, là cơ sở cho những khái quát hóa về tính chất hay mối liên hệ phổ biến, có tính quy luật của các đại lượng Vật lí trong hiện tượng, quá trình Vật lí được nghiên cứu

 TN là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu được

Trong nhiều trường hợp, kết quả TN phủ định tính đúng đắn của tri thức đã biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại kiểm tra ở các TN khác

 TN là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn

Chương trình Vật lí THPT đề cập tới một loạt các ứng dụng của Vật lí trong đời sống và sản xuất Việc tiến hành TN không những tạo cơ sở để HS hiểu được các ứng dụng của những kiến thức đã học trong thực tiễn mà còn chứng tỏ sự đúng đắn của các kiến thức này

 TN là bộ phận của phương pháp nhận thức Vật lí

TN đóng vai trò quan trọng trong các phương pháp nhận thức vật lí cần bồi dưỡng cho HS gồm phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình, phương pháp tương tự và phương pháp thí nghiệm lí tưởng

Trong phương pháp thực nghiệm, TN đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn đầu và ở giai đoạn cuối Ở giai đoạn đầu, đa số các thông tin về đối tượng cần nghiên cứu thường được thu nhận trong các TN, việc kiểm tra tính đúng đắn của hệ quả rút ra ở giai đoạn cuối phải thông qua việc xây dựng và thực hiện phương án

TN để nghiên cứu một hiện tượng, một mối quan hệ đã được loại bỏ các yếu tố không quan tâm nên thường không có trong tự nhiên Trong phương pháp mô hình,

TN có vai trò ở tất cả các giai đoạn Ở giai đoạn đầu, các thông tin về đối tượng gốc thường được thu thập nhờ TN Nhờ việc chủ động loại bỏ những yếu tố không quan tâm, tác động lên đối tượng, bố trí các dụng cụ quan sát, thu thập và xử lí số liệu

ta tìm ra được các thuộc tính, các mối quan hệ bản chất của đối tượng gốc, để đưa ra

được mô hình phản ánh các mối quan hệ chính mà ta quan tâm Ở giai đoạn cho mô hình vận động, phải tiến hành các TN thực với mô hình vật chất Ở giai đoạn cuối, thông qua TN trên vật gốc, ta đối chiếu với kết quả thu được từ mô hình để kiểm tra tính đúng đắn của mô hình và rút ra giới hạn áp dụng của nó Trong phương pháp tương tự, nhờ thực nghiệm mà phát hiện được sự tồn tại các dấu hiệu giống nhau (tương tự) các đối tượng làm cơ sở cho việc lựa chọn các đối tượng đem so sánh và cũng nhờ nó, kiểm tra tính đúng đắn của kết luận (hệ quả) rút ra bằng suy luận tương tự Trong phương pháp thí nghiệm lí tưởng, các TN thực có vai trò đề ra các vấn đề nghiên cứu

 Theo quan điểm lí luận dạy học

 TN có thể được sử dụng ở các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học

- Ở giai đoạn định hướng mục đích bài học, TN được sử dụng để tạo ra tình huống

Vật lí có vấn đề, từ đó nêu ra vấn đề cần nghiên cứu trong bài học

- Ở giai đoạn hình thành kiến thức mới, TN được sử dụng nhằm cung cấp một cách

hệ thống các cứ liệu thực nghiệm, để từ đó quy nạp khái quát hóa, kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết

- Ở giai đoạn củng cố kiến thức kĩ năng Vật lí của HS, TN có vai trò quan trọng trong việc mở rộng các kiến thức đã biết của HS, giúp HS thấy được các biểu hiện trong tự nhiên, các ứng dụng trong đời sống và sản xuất của các kiến thức này thông qua các bài TNTH trên lớp, hay các bài tập TN ở nhà,…

- Ở giai đoạn đánh giá chất lượng dạy học, TN được sử dụng như phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức, các kĩ năng, kĩ xảo Vật lí của HS

 TN là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của HS

- TN là phương tiện góp phần phát hiện và khắc phục kịp thời những sai lầm của HS

về nhận thức, nâng cao chất lượng kiến thức của các em

- TN là phương tiện hữu hiệu để bồi dưỡng năng lực sáng tạo của HS; kích thích hứng thú học tập Vật lí, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của

HS Khi HS tự tiến hành TN, các em sẽ được rèn luyện các kĩ năng, kĩ xảo Vật lí và

được giáo dục các thói quen làm việc khoa học như cách sử dụng các dụng cụ, cách trình bày kết quả TN…

- TN góp phần bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức cần thiết cho HS khi làm việc trong tập thể như cách tổ chức, phân công công việc, tinh thần tự giác, hợp tác…Quá trình cùng nhau cố gắng giải quyết những nhiệm vụ đặt ra khi TN có nhiều điểm chung với quá trình làm việc tập thể trong cuộc sống sau này

 TN là phương tiện đơn giản hoá và trực quan trong dạy học Vật lí

- TN là phương tiện đơn giản hóa trong dạy học Vật lí vì có thể chủ động khống chế các điều kiện cần thiết để hiện tượng xảy ra có thể quan sát, đo đạc dễ dàng hơn, từ

đó có thể nghiên cứu được nguyên nhân xảy ra hiện tượng và các quy luật Vật lí tiềm ẩn trong hiện tượng đó

- TN còn là phương tiện trực quan giúp HS thu được những thông tin chân thực về các hiện tượng, quá trình Vật lí Đặc biệt trong việc nghiên cứu các lĩnh vực của Vật

lí mà ở đó đối tượng cần nghiên cứu không thể tri giác trực tiếp bằng các giác quan của con người thì cần thiết phải sử dụng các TN mô hình để đơn giản hóa các hiện tượng, quá trình Vật lí thực

1.1.2 Các t hiết bị thí nghiệm

Theo tác giả Phan Trọng Ngọ, phương tiện dạy học là toàn bộ sự vật, hiện tượng trong thế giới, tham gia vào quá trình dạy học, đóng vai trò là công cụ hay điều kiện để giáo viên và học viên sử dụng làm khâu trung gian tác động vào đối tượng dạy học Phương tiện dạy học có chức năng khơi dậy, dẫn chuyền và làm tăng sức mạnh tác động của người dạy và người học đến đối tượng dạy học [33]

Thiết bị thí nghiệm là một trong những phương tiện dạy học quen thuộc trong dạy học Vật lí Các thiết bị thí nghiệm có một giá trị đặc biệt đối với dạy học Vật lí ở chỗ chúng tạo điều kiện cho sự nghiên cứu có hệ thống, trực quan các hiện tượng, quá trình Vật lí, cho phép hình thành các khái niệm, nghiên cứu các định luật một cách trực tiếp trên các đối tượng cần nhận thức trong giờ học và tạo điều kiện nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của Vật lí [7]

Các thiết bị thí nghiệm được phân thành hai loại là thiết bị thí nghiệm biểu diễn và thiết bị thí nghiệm thực hành, chúng có đặc điểm như sau :

 Thiết bị thí nghiệm biểu diễn

- Dùng để tiến hành các thí nghiệm của GV

- Được chế tạo với kích thước đủ lớn sao cho toàn lớp có thể quan sát rõ các bộ phận quan trọng của thiết bị, các hiệu ứng Vật lí diễn ra trong các TN được làm với chúng Với các thiết bị thí nghiệm này, có thể thu được những giá trị đo chính xác

- Được chế tạo để sử dụng một cách độc lập (ví dụ: bộ thí nghiệm về định luật Bôilơ – Mariốt) nhưng cũng có khi được chế tạo thành một bộ thí nghiệm gồm nhiều chi tiết có thể lắp ghép với nhau để tiến hành một loạt thí nghiệm ở nhiều phần khác nhau của Vật lí (ví dụ: bộ thí nghiệm quang hình biểu diễn được dùng để giảng dạy kiến thức về khúc xạ ánh sáng, lăng kính, thấu kính; bộ thí nghiệm đệm khí có thể làm được nhiều thí nghiệm không chỉ ở các phần động học, động lực học và năng lượng của chuyển động thẳng mà còn tiến hành được với nó các thí nghiệm về dao động cơ học ; bộ thí nghiệm điện từ cho phép tiến hành các thí nghiệm về dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều, về từ trường và về cảm ứng điện từ…) Với các thiết bị thí nghiệm biểu diễn như vậy, HS làm quen tương đối nhanh nguyên tắc hoạt động, cách bố trí thí nghiệm cơ bản; ở các thí nghiệm sau, HS dễ nhận thấy các

bộ phận không thay đổi, những chi tiết thay đổi, bổ sung so với các thí nghiệm đã được tiến hành trước đó

- Thường được sử dụng kết hợp với các nguồn điện (biến thế biểu diễn), máy đo (ví dụ: dao động kí điện tử, đồng hồ đo điện biểu diễn) ở ngoài thiết bị

 Thiết bị thí nghiệm thực hành

- Thường được chế tạo thành các bộ thí nghiệm bao gồm nhiều chi tiết, dùng cho hoạt động thí nghiệm của HS khi nghiên cứu tài liệu mới hoặc thực hành sau một chương, một phần chương trình Vật lí Ví dụ: bộ thí nghiệm đo hệ số ma sát trượt

trong chương trình Vật lí 10 gồm máng trượt, cổng quang điện, công tắc đóng ngắt, giá đỡ, các trụ thép, đế ba chân, khớp nối đa năng, chân máng, hộp đỡ vật trượt, đồng hồ đo thời gian hiện số, nam châm điện, dây dẫn, vật trượt, thước đo góc

- Các yêu cầu cơ bản sau đây được lưu ý khi chế tạo các bộ thí nghiệm thực hành: + Sử dụng đơn giản bằng tay

+ Việc lắp ráp các chi tiết tốn ít thời gian

+ Dễ dàng phối hợp, thay đổi các chi tiết Do có nhiều cách phối hợp các chi tiết với nhau nên với mỗi bộ thí nghiệm thực hành, HS có thể làm được nhiều thí nghiệm khác nhau trong một phần chương trình vật lí phổ thông (ví dụ: bộ thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do có thể chuyển thành bộ thí nghiệm đo hệ số ma sát trượt) Chính vì vậy mà các bộ thí nghiệm thực hành tạo điều kiện cho việc tổ chức các hoạt động trí tuệ - thực tiễn đa dạng, sáng tạo của HS trong quá trình làm việc với các bộ thí nghiệm này, góp phần làm phát triển vốn kiến thức, kĩ năng của HS

+ Tất cả các chi tiết có thể được bố trí trong các TN vững chắc, đẹp về hình thức và phù hợp với những quy tắc an toàn

Hiện nay, nhiều trường trung học phổ thông đã có các bộ thí nghiệm thực hành sau: bộ thực hành khảo sát chuyển động thẳng dùng cần rung điện, bộ thực hành cơ học, bộ thực hành nhiệt học, bộ thực hành tĩnh điện, bộ thực hành điện từ,

bộ thực hành bán dẫn, bộ thực hành quang học, bộ thực hành với cảm biến… Các

bộ thí nghiệm thực hành này có trên 3000 chi tiết để HS có thể tiến hành trên 300 thí nghiệm chủ yếu

Đối với GV và HS tự làm đồ dùng dạy học để phục vụ việc nâng cao chất lượng dạy học trên lớp, cần chú ý một số yêu cầu cơ bản sau:

- Về mặt sư phạm: phải thỏa mãn những yêu cầu về dạy học và giáo dục để nâng cao chất lượng dạy học, nâng cao tính trực quan và hứng thú của HS

- Về kĩ thuật: đảm bảo độ chính xác và độ bền cần thiết của thiết bị Hiện nay, một

số thiết bị đo đạc như nhiệt kế, cân, bình chia độ, ampe kế có độ chính xác rất kém, ảnh hưởng đến kết quả TN

- Về kinh tế: giá thành các dụng cụ dạy học phải vừa phải để có thể trang bị cho nhà trường với số lượng lớn

- Về vệ sinh: phải đảm bảo sức khỏe cho HS, giảm bớt những bệnh học đường như cận thị, vẹo cột sống

1.1.3 Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đối với việc

sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí

Để TN được sử dụng phát huy đầy đủ các chức năng của nó trong dạy học Vật lí thì việc sử dụng thí nghiệm phải tuân theo một số yêu cầu chung về mặt kĩ thuật và về mặt phương pháp dạy học sau [7]:

- Xác định rõ lôgic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng TN phải là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức, đáp ứng yêu cầu về mặt lí luận dạy học Trước mỗi TN, phải đảm bảo cho HS ý thức được sự cần thiết của TN và hiểu rõ mục đích của TN

- Xác định rõ các dụng cụ cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, tiến trình TN (để đạt được mục đích thí nghiệm, cần sử dụng các dụng cụ nào, bố trí ra sao, cần tiến hành thí nghiệm theo các bước nào, cần quan sát, đo đạc cái gì?) Không xem nhẹ các dụng cụ thí nghiệm đơn giản

- Giao cho HS thực hiện các nhiệm vụ cụ thể để HS ý thức được rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả các giai đoạn thí nghiệm

- Thử nghiệm kĩ lưỡng mỗi TN trước giờ học, đảm bảo thí nghiệm phải thành công (hiện tượng xảy ra quan sát được rõ ràng, kết quả có độ chính xác chấp nhận được)

- Việc sử dụng các dụng cụ và tiến hành TN phải tuân theo các quy tắc an toàn (đặc biệt là đối với các thiết bị điện - điện tử)

1.2 Các vấn đề về thí nghiệm thực hành Vật lí [7]

1.2.1 Đặc điểm và vai trò của thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí

Thí nghiệm thực hành là loại thí nghiệm do HS thực hiện trong phòng thí nghiệm dưới sự hướng dẫn trực tiếp của GV Ở loại thí nghiệm này, khả năng làm việc tự lực của HS được thể hiện ở mức độ cao vì dựa vào tài liệu hướng dẫn đã in sẵn, HS phải tự lực thực hiện các hoạt động trí tuệ - thực tiễn như tìm hiểu cơ sở lí thuyết, tìm hiểu dụng cụ, lập phương án, kế hoạch thí nghiệm, vẽ sơ đồ thí nghiệm, lập bảng giá trị đo, bố trí và tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lí kết quả (bằng

số, bằng đồ thị), tính toán sai số, xét nguyên nhân của sai số, đánh giá kết quả và viết báo cáo thí nghiệm

Các TNTH có thể có nội dung định tính hay định lượng, chủ yếu nhằm kiểm nghiệm lại các định luật, các quy tắc đã học và định lượng các đại lượng Vật lí Do được tiến hành sau khi HS đã học xong một chương, một phần của chương trình nên TNTH thường có nội dung phong phú, mỗi bài TN thường từ 1 đến 2 tiết liền và đòi hỏi thiết bị hoàn chỉnh, phức tạp hơn, nên yêu cầu đối với HS cũng cao hơn: HS phải tự lực thực hiện các giai đoạn, thực hiện nhiều thao tác, tiến hành nhiều phép

đo, xử lí nhiều số liệu mới có thể rút ra các kết luận cần thiết

TNTH được tổ chức dưới một trong hai hình thức: đồng loạt và cá thể

- Thực hành đồng loạt: các nhóm HS tiến hành những TN như nhau với dụng cụ giống nhau theo cùng một mục đích, cách này phát huy được tác dụng của sự tương tác lẫn nhau giữa các nhóm HS nên việc chỉ đạo của GV đơn giản hơn, nhưng gặp khó khăn về việc trang thiết bị đồng loạt cùng dụng cụ TN cho tất cả các nhóm HS

- Thực hành cá thể: các nhóm HS tiến hành TN về những đề tài khác nhau với các dụng cụ khác nhau nhằm đạt được những mục đích khác nhau hoặc về cùng một đề tài theo cùng một mục đích nhưng với các dụng cụ (phương pháp đo) khác nhau hoặc về cùng một đề tài với cùng một dụng cụ nhưng nhằm giải quyết các nhiệm vụ khác nhau Loại TN này khắc phục được khó khăn của TNTH đồng loạt nhưng GV lại khó bao quát lớp, khó giúp đỡ kịp thời các nhóm HS khi gặp khó khăn

Các bài thực hành Vật lí có tác dụng giáo dục, rèn luyện HS một cách toàn diện và có ý nghĩa to lớn trong việc thực hiện nhiệm vụ trí dục, đức dục, phát triển

HS vì các lí do sau:

- Giúp HS nắm vững kiến thức và thiết lập được lòng tin vào khoa học, hình thành

và nâng cao hứng thú học tập bộ môn

- Phát triển tốt hơn hoạt động của các giác quan, hoạt động tư duy và tư duy sáng tạo Đứng trước TN, HS sẽ tăng cường sức chú ý đối với các hiện tượng nghiên cứu, tiến hành một loạt các hoạt động trí tuệ - thực tiễn, các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa để rút ra kết luận đúng đắn

- Rèn luyện các kĩ năng, kĩ xảo cho HS, nhất là các kĩ năng sử dụng thiết bị TN, kĩ năng quan sát mô tả hiện tượng và kĩ năng vận dụng kiến thức Vật lí

- Giúp HS hình thành phương pháp nghiên cứu Vật lí như phát hiện, đề xuất vấn đề nghiên cứu, dự đoán lí thuyết, lựa chọn thiết bị và xây dựng phương án tiến hành

- Rèn luyện cho HS các đức tính và phẩm chất của người nghiên cứu khoa học, người lao động mới như cẩn thận, ngăn nắp, kiên nhẫn, trung thực, chính xác

1.2.2 Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đối với việc

sử dụng thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí [7]

 Các yêu cầu trong việc chuẩn bị thí nghiệm thực hành của GV và HS

- Đối với GV:

+ Cần tìm hiểu kĩ nội dung bài thí nghiệm trong SGK để xác định rõ các nhiệm vụ

giao cho HS và cách thức kiểm tra, đánh giá việc thực hiện các nhiệm vụ

+ Chuẩn bị đầy đủ và kiểm tra chất lượng từng dụng cụ cần thiết cho mỗi nhóm HS + Phải làm thử tất cả các thí nghiệm trong bài thí nghiệm thực hành trước giờ lên lớp để có thể dự kiến được những khó khăn mà HS có thể gặp phải trong khi làm thí

nghiệm, từ đó đề ra cách thức hướng dẫn và giúp đỡ HS vượt qua những khó khăn + Nếu thấy cần thiết thì GV có thể điều chỉnh nội dung, yêu cầu của bài TNTH trong SGK sao cho phù hợp với điều kiện thiết bị của nhà trường, dự kiến nhiệm vụ

bổ sung đối với HS khá giỏi, ví dụ như tiến hành TN theo một phương án khác

- Đối với HS: Để HS thực hiện bài TNTH có ý thức và có hiệu quả, GV phải yêu cầu HS chuẩn bị ở nhà những công việc sau:

+ Nghiên cứu nội dung bài TNTH trong SGK gồm những phần chính sau : Mục đích thí nghiệm (nêu lên các mục tiêu cụ thể cần phải đạt được sau khi HS làm TN,

ví dụ : xác định gia tốc của sự rơi tự do, nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng),

cơ sở lí thuyết (nêu những điểm chính về nội dung các kiến thức đã biết sẽ được vận dụng trong bài TNTH), thiết bị thí nghiệm (liệt kê những dụng cụ cần sử dụng, giới thiệu nguyên tắc hoạt động và cách sử dụng chúng), tiến trình thí nghiệm (cách lắp ráp dụng cụ có sơ đồ kèm theo, trình tự các thao tác thí nghiệm, các phép đo, các bảng số liệu cần thu thập)

+ Chuẩn bị mẫu báo cáo thí nghiệm theo mẫu có: thông tin về nhóm thực hiện (tên nhóm, tên từng thành viên trong nhóm, ngày làm…), mục đích, cơ sở lí thuyết, kết quả (gồm các bảng số liệu, tính toán các sai số, đồ thị biểu diễn…và phần nhận xét kết quả), trả lời các câu hỏi, nêu nguyên nhân của sai số và cách khắc phục Tự làm hoặc tìm các dụng cụ đơn giản theo chỉ dẫn trong bài thực hành (nếu có) Qua việc nghiên cứu trước nội dung bài, HS sẽ nắm được mục đích TN, ôn tập các kiến thức

có liên quan, trả lời những câu hỏi được nêu trong bài, nắm được nội dung và tiến trình thực hiện các thí nghiệm sẽ làm cũng như ghi lại các điều chưa hiểu rõ để GV

và HS trao đổi vào đầu buổi thí nghiệm thực hành

- Tự tìm kiếm hoặc tự làm các dụng cụ đơn giản theo chỉ dẫn trong bài (nếu có)

Những công việc chuẩn bị nêu trên của GV và HS có tác dụng rất lớn đến kết quả buổi thí nghiệm thực hành, tránh mất thời gian vô ích và tránh việc làm hỏng dụng cụ của HS

 Các yêu cầu trong việc tổ chức và hướng dẫn hoạt động tự lực của HS

- Việc phân nhóm nên từ 2 đến 3 HS và phân một cách ngẫu nhiên, tránh tình trạng

để cho HS tự lập nhóm

- Vào đầu buổi TNTH, trước khi cho HS tiến hành TN, GV nên kiểm tra công tác chuẩn bị của HS thông qua các câu hỏi có liên quan đến mục đích hay cơ sở lí thuyết, hướng dẫn HS cách sử dụng thiết bị mà HS chưa được làm quen và các nguyên tắc đảm bảo an toàn khi sử dụng thiết bị, nhất là những dụng cụ phức tạp, dễ hỏng, có thể gây nguy hiểm như các dụng cụ đo điện, nguồn điện, nguồn sáng… và cùng với toàn lớp thảo luận, giải đáp những thắc mắc của HS

- Trong giờ TN, khi HS gặp khó khăn hay mắc sai sót thì GV cần theo dõi giúp đỡ kịp thời để HS sử dụng đúng cách các dụng cụ; ghi lại đầy đủ, chính xác, trung thực các hiện tượng quan sát được, các kết quả đo đạc; trình bày các kết quả dưới dạng biểu bảng, đồ thị, câu kết luận một cách ngắn gọn, rõ ràng theo nội dung mẫu báo cáo đã chuẩn bị sẵn (GV cần hướng dẫn chi tiết về mẫu báo cáo)

- Sau khi HS làm xong TN, cần yêu cầu HS tháo rời các chi tiết đã lắp ráp, sắp xếp các dụng cụ gọn gàng như lúc đầu Tùy theo nội dung bài TNTH và việc hoàn thành

các công việc của HS, GV có thể yêu cầu HS nộp ngay báo cáo TN tại lớp hoặc cho

về nhà hoàn chỉnh tiếp, nộp sau

1.2.3 Đánh giá kết quả phép đo trong thí nghiệm thực hành Vật lí

Trong các bài TNTH ta thường phải đo một hoặc nhiều đại lượng Vật lí Muốn thực hiện các phép đo này, ta phải xây dựng lí thuyết của các phương pháp

đo và sử dụng các dụng cụ đo Khi dùng dụng cụ đo để xác định một đại lượng, ta thường không thu được giá trị đúng tuyệt đối do nhiều nguyên nhân nên buộc phải coi tất cả các phép đo chỉ cho giá trị gần đúng, độ lệch giữa giữa giá trị gần đúng và

giá trị chính xác gọi là sai số của phép đo Sai số này có thể dương hoặc âm, nhưng

xét về độ lớn mà quá lớn thì coi như phép đo không thành công

Xét theo nguyên nhân tạo ra sai số thì người ta chia sai số thành hai loại: sai

số hệ thống và sai số ngẫu nhiên

 Sai số hệ thống

- Khái niệm: Sai số hệ thống là sai số làm cho kết quả đo hoặc bao giờ cũng lớn hơn, hoặc bao giờ cũng nhỏ hơn giá trị thực của đại lượng cần đo Sai số có thể lớn nhưng khá ổn định

- Nguyên nhân: do phương pháp thực nghiệm sai hoặc chưa hoàn chỉnh khi phải đo gián tiếp một đại lượng thông qua các đại lượng khác, do sai số dụng cụ hoặc dụng

cụ đo chưa được hiệu chỉnh đúng

- Cách khử: người làm phải kiểm tra điều chỉnh lại các dụng cụ, thay đổi phương pháp đo, giảm sai số dụng cụ bằng cách tăng độ hoàn thiện của thiết bị

 Sai số ngẫu nhiên

- Khái niệm: Sai số ngẫu nhiên là sai số khiến cho kết quả đo khi thì lớn hơn, khi thì

nhỏ hơn giá trị thực của đại lượng cần đo Loại sai số này không có tính ổn định

- Nguyên nhân: do người đo sơ xuất hoặc mức độ khéo léo chủ quan khác nhau, hiện tượng đang khảo sát thường bị xáo động bởi những yếu tố không kiểm soát và không đoán trước được Ví dụ: khi đo thời gian chuyển động của vật rơi tự do, ta

không thể bấm đồng hồ đúng thời điểm vật bắt đầu rơi và thời điểm vật chạm đất,

mà thường bấm đồng hồ sớm hơn hoặc chậm hơn các thời điểm này

- Cách khử: không thể khử được nhưng có thể làm giảm bằng cách thực hiện đo cẩn

thận nhiều lần trong cùng điều kiện và xác định giá trị trung bình của nó dựa trên cơ

sở của phép tính xác suất thống kê

Cách xác định sai số và viết kết quả đo

Thông thường, sai số dụng cụ (không kể thiết bị đo điện và thiết bị đo hiện số) sẽ lấy bằng giá trị của độ chính xác của dụng cụ đo (tức bằng 1 ĐCNN) Khi 1 ĐCNN của dụng cụ có kích thước quá lớn so với khả năng phân giải của mắt người làm thí nghiệm thì có thể lấy 1/2 độ chia

Đối với các đồng hồ đo điện kim quay (vôn kế, ampe kế…) thì sai số dụng

cụ (∆A)dc được tính theo công thức: (∆A)dc = δ Amax , trong đó Amax là giá trị cực đại trên thang đo của đồng hồ, δ là cấp chính xác của đồng hồ đo điện (ghi trên mặt thang đo) và nó biểu thị sai số tương đối (tính ra phần trăm) của giá trị cực đại Amaxcủa đồng hồ đo điện Một miliampe kế có cấp chính xác δ = 1,5 và thang đo sử dụng có giá trị cực đại Imax = 100 mA, thì sai số dụng cụ của bất kì giá trị nào mà nó

đo được trên thang đo này cũng có giá trị bằng: (∆I)dc = 1,5%.100 mA = 1,5 mA Nếu thang đo có 50 vạch chia thì độ chia nhỏ nhất trên thang đo của miliampe kế có giá trị bằng 2 mA Khi đó, không lấy sai số dụng cụ bằng một ĐCNN trên thang đo của miliampe kế (bằng 2 mA) mà phải lấy sai số dụng cụ bằng 1,5 mA

Sai số dụng cụ của thiết bị đo hiện số: (∆A)dc = δ (%) A + nα, trong đó δ là cấp chính xác của thang đo, A là giá trị đo hiển thị trên màn hình,α là độ phân giải của thang đo, còn n là một số nguyên phụ thuộc vào dụng cụ đo được quy định bởi

nhà sản xuất Độ phân giải α phụ thuộc vào thiết bị, chẳng hạn, đối với thiết bị đo

cụ là (∆U)dc = 1%.5,7 V + 2.0,01 V = 0,077 V

Việc tìm hiểu sai số dụng cụ của các loại đồng hồ đo là rất cần thiết, tuy nhiên khi xử lí kết quả thí nghiệm ở trường phổ thông ta thường không xét đến

 Cách xác định sai số của phép đo trực tiếp

Giả sử đại lượng cần đo F có giá trị thực là A Tiến hành đo trực tiếp đại lượng này n lần trong cùng điều kiện, ta nhận được các giá trị A1, A2, A3,…,An nói chung khác với giá trị A, nghĩa là mỗi lần đo đều có sai số

Độ chính xác của kết quả phép đo được đánh giá bằng sai số tương đối (tỉ đối), đó là tỉ số giữa sai số tuyệt đối ∆A với giá trị trung bình A: = ∆A (%)

Sai số tuyệt đối của đại lượng cần đo F ứng với mỗi lần đo được xác định

bằng giá trị tuyệt đối của các hiệu số giữa những giá trị đo được A1, A2, A3, …,An

và giá trị trung bình A: A1−A = ∆A1 , A2−A = ∆A2 , , A n−A = ∆A n Sai số tuyệt đối trung bình của đại lượng F trong n lần đo là giá trị trung bình số học của các sai

số tuyệt đối: ∆ = ∆ + ∆ + + ∆A1 A2 A n

A

n , đây cũng là sai số ngẫu nhiên của phép đo

Nếu n < 5 thì sai số ngẫu nhiên bằng giá trị lớn nhất trong các sai số thu được

 Cách xác định sai số của phép đo gián tiếp

Giả sử đại lượng F liên hệ với các đại lượng x, y, z theo hàm: F = f (x,y,z) với x, y, z là các đại lượng được đo trực tiếp và có giá trị bằng: x x= ± ∆ , x

y= ± ∆ , z zy y = ± ∆z Giá trị trung bình F được xác định:F = f(x,y,z)

- Sai số tuyệt đối của phép đo được xác định: z

z

F y y

F x x

F

∂

∂+

∆

∂

∂+

h= α − , trong đó

v0 = 39,2 ± 0,2 m/s , α = 300 ± 10 , t = 2,0 ± 0,2 s , g = 9,8 m/s2

Tính: h = 39,2.2.sin300 - 9,8.22/2 = 19,6 m và ∆h = |v0sinα - gt|.∆t + |v0tcosα|.∆α +

|sinα t|.∆v0 = 1,38 m Kết quả: h = 19,6 ± 1,4 m

- Sai số tương đối của phép đo được xác định bằng cách:

+ Tính loga nêpe của hàm số F: lnF = lnf(x,y,z)

+ Tính vi phân toàn phần của lnF: d(lnF) = dF/F

+ Rút gọn biểu thức của vi phân toàn phần dF/F bằng cách gộp những vi phân riêng phần chứa cùng vi phân của biến số dx, hoặc dy, hoặc dz

+ Lấy tổng giá trị tuyệt đối của các vi phân riêng phần Thay dấu vi phân “d” bằng dấu sai số “∆”, đồng thời thay x, y, z bằng các giá trị trung bình của chúng

Ví dụ: Khối lượng riêng của vật rắn có thể được xác định:

2 3

2 1

m m

m m n

r =

ρ Tính sai số ∆ρ : r

 Một số chú ý khi tính sai số

- Để xác định sai số của phép đo gián tiếp, ta có quy tắc:

+ Sai số tuyệt đối của tổng hay hiệu bằng tổng các sai số tuyệt đối của các số hạng

+ Sai số tỉ đối của một tích hay thương bằng tổng các sai số tỉ đối của các thừa số

Ví dụ: F = x + y + z => ΔF = Δx + Δy + Δz, F = x.y.z =>

z

z y

y x

x F

x F

F y

x

F = ⇒ ∆ = ∆ +∆

- Nếu công thức của F là một tổng hay một hiệu của các đại lượng đo trực tiếp thì tính giá trị trung bình và sai số tuyệt đối trước Ngược lại, nếu công thức là một tích

số hoặc một thương số thì tính giá trị trung bình và sai số tương đối trước

- Nếu công thức xác định đại lượng đo gián tiếp tương đối phức tạp và các dụng cụ

đo trực tiếp có độ chính xác tương đối cao, sai số phép đo chủ yếu gây bởi các yếu

tố ngẫu nhiên, thì người ta thường bỏ qua sai số dụng cụ Đại lượng đo gián tiếp được tính cho mỗi lần đo, sau đó lấy trung bình và tính sai số ngẫu nhiên

- Để xác định sai số của phép đo trực tiếp, về nguyên tắc, cần xác định được sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống Tuy nhiên, khi một trong hai sai số này nhỏ hơn nhiều sai số kia thì chọn một trong hai sai số đó làm sai số của phép đo

- Sai số tuyệt đối không bao giờ nhỏ hơn sai số của dụng cụ Với những TN chỉ có điều kiện đo 1 lần hoặc kết quả các lần đo trùng nhau thì ta lấy sai số của dụng cụ

 Các quy tắc làm tròn sai số và viết kết quả đo

- Các phần bỏ đi hoặc thêm vào phải nhỏ hơn 1/10 giá trị của phần gốc Ví dụ:

- Sai số tuyệt đối cần phải làm tròn số, chỉ giữ lại một chữ số có nghĩa (hoặc hai chữ

số có nghĩa nếu chữ số sau là 5) Tất cả các chữ số đều là số có nghĩa, trừ những số

0 đầu tiên nằm ở phía bên trái của các chữ số Ví dụ: ΔT = 0,027 s phải viết là ΔT =

0,03 s; Δd = 1,3 mm viết là Δd = 1 mm

- Giá trị trung bình tìm được phải làm tròn số sao cho chữ số cuối cùng của nó cùng

hàng với chữ số có nghĩa của sai số tuyệt đối Ví dụ: U = 7,8 ± 0,25 (V) phải viết là

phản ánh đúng mức chính xác đạt được Ví dụ: Đo chiều dài bằng thước kẹp được

15,2 mm với sai số 0,1 mm thì viết là L = 15,2 ± 0,1 (mm) hay L = (15,2 ± 0,1).10-3(m), không viết L = 0,0152 ± 0,0001 (m)

- Sai số tỉ đối có thể được làm tròn Vì các sai số được qui tròn và giữ lại tối đa 2 chữ số có nghĩa nên trong công thức tính sai số tỉ đối, nếu có một số hạng trong tổng lớn gấp 10 lần một số hạng khác, ta có thể bỏ qua số hạng nhỏ thứ hai này

- Đối với những hằng số là số vô tỉ như π = 3,1416…,e = 2,71828… thì việc lấy đến chữ số thập phân thứ mấy tùy thuộc vào sai số của đại lượng đo trực tiếp, thường lấy giá trị của hằng số đến chữ số mà sai số tỉ đối của hằng số đó nhỏ hơn hoặc bằng 1/10 giá trị của ít nhất một sai số tỉ đối khác có trong công thức tính Ví dụ: Xác

định diện tích một mặt tròn thông qua phép đo trực tiếp đường kính d của nó:

- Nếu trong công thức tính đại lượng cần đo F có chứa những đại lượng đo trực tiếp không ghi sai số kèm theo thì sai số tuyệt đối của đại lượng cho trước lấy bằng một

đơn vị của chữ số cuối cùng của nó Ví dụ: cho D =12,0mm thì lấy ∆D = 0,1 mm

Tóm lại, khi dạy học, GV nên tập cho HS làm quen với tính đa dạng của

dụng cụ thí nghiệm và từ đó hiểu rằng kết quả có sai số là tất yếu Trong dạy Vật lí phổ thông, ta không đi sâu vào lí thuyết sai số với các quy tắc tính phức tạp như trên

đã trình bày mà chỉ cần phân biệt các loại sai số, cách tính sai số theo công thức và không vi phạm các quy tắc khi ghi kết quả

1.2.4 Phương pháp biểu diễn kết quả phép đo bằng đồ thị

Phương pháp này được ứng dụng nhiều trong TN Vật lí vì nó cho phép:

- Lấy trung bình các kết quả đo

- Thể hiện một cách trực quan sự phụ thuộc hàm số của một đại lượng Vật lí y vào một đại lượng Vật lí x khác:

+ Đồ thị là đoạn thẳng: quan hệ tỉ lệ bậc nhất

+ Đồ thị là nhánh hyperbol: quan hệ tỉ lệ nghịch

+ Đồ thị là nhánh parabol: quan hệ tỉ lệ bậc n

+ Đồ thị là nhánh parabol quay bề lõm về gốc trục hoành: quan hệ tỉ lệ bậc n < 1

- Nội suy các giá trị của hàm số ứng với giá trị của đối số không có trong bảng số liệu Sau khi vẽ được đồ thị y = f(x) theo các số liệu đã đo được, ta có thể tìm giá trị của y0 ứng với x0 đã cho bằng cách đặt giá trị của x0 lên trục hoành, rồi kẻ một đường song song với trục tung đi qua điểm x0 và cắt đồ thị tại một điểm M nào đó Tung độ của điểm M cho biết giá trị của y0

- Ngoại suy các giá trị không đo được với đồ thị tuyến tính bằng cách kéo dài đồ thị cắt các trục tọa độ Giả sử bằng các phép đo trực tiếp, ta có các cặp giá trị của x và

1 1

y y

x x

- Bước 1: Trên giấy kẻ ô li, ta dựng hệ tọa

độ Đề-các vuông góc Trên trục hoành đặt

các giá trị x, trên trục tung đặt các giá trị y

tương ứng kèm theo đơn vị đo Chọn tỉ lệ

xích hợp lí để đồ thị choán đủ trang giấy,

cân đối, rõ ràng và chính xác

- Bước 2: Dựng các dấu chữ thập hoặc các

hình chữ nhật có tâm là các điểm

A1(x1,y1), A2(x2,y2), An(xn,yn) và có

kích thước ngang bằng giá trị sai số của x và kích thước dọc bằng giá trị sai số của

y, tức có các cạnh tương ứng là (2∆x1, 2∆y1), (2∆x2, 2∆y2), (2∆xn, 2∆yn) Dựng đường bao sai số nét đứt chứa các hình chữ nhật hoặc các dấu chữ thập

- Bước 3: Vẽ đường biểu diễn y = f (x) là một đường cong trơn tru nằm trong đường bao sai số sao cho nó đi qua hầu hết các hình chữ nhật và các điểm A1,

A2, An nằm trên hoặc phân bố về hai phía của đường cong Đường biểu diễn này gọi là đường trung bình của các điểm đo được, thỏa mãn số điểm của phân bố đều

về cả hai phía của nó và số nằm trên nó là lớn nhất

- Bước 4: Nếu có điểm nào tách xa khỏi đường cong thì phải kiểm tra lại giá trị đó bằng thực nghiệm Nếu vẫn nhận được giá trị cũ thì phải đo thêm các điểm lân cận

để phát hiện ra điểm kì dị Các điểm vẽ được trên đồ thị thực tế có thể không cùng trên đường thẳng, vì vậy khi nối dài để cắt các trục đồ thị thì cần chọn hướng trung bình của vài điểm cuối

- Bước 5: Dự đoán phương trình đường cong có thể là phương trình nào đó: phương trình đường thẳng y = ax + b; phương trình đường bậc hai y = ax2 + bx + c; phương trình của một đa thức; các phương trình dạng y = eax

, y = abx, y = a/xn, y = lnx,…Việc thiết lập phương trình đường cong được thực hiện bằng cách xác định các hệ số a, b,…,n Các hệ số này sẽ được tính khi làm khớp các phương trình này với đường cong thực nghiệm Các phương trình này có thể chuyển thành phương trình đường thẳng bằng cách đổi biến thích hợp (tuyến tính hóa)

+ + +

+

+ +

 Thao tác tạo lập đồ thị

- Lập một bảng số liệu gồm 2 cột trong một sheet: một cột là các giá trị của trục hoành, một cột là các giá trị của trục tung

- Chọn phạm vi dữ liệu cần biểu diễn lên đồ thị (bôi đen 2 cột trên)

- Chọn lệnh Insert – Chart (hoặc click nút chart wizard có hình đồ thị cột trên thanh công cụ Standard)

- Trong hộp thoại Chart Wizard - Step 1 of 4 - Chart Type: ta chọn dạng thức đồ thị cần dùng trong danh sách bên trái và chọn một dạng con của nó trong danh sách bên phải rồi ấn nút Next

- Trong hộp thoại Chart Wizard - Step 2 of 4 - Chart Source Data: tại đây ta khai báo vùng dữ liệu sẽ dùng để tạo đồ thị

+ Phiếu Data Range: Khai báo dữ liệu nguồn, trong đó

Data Range: Tọa độ khối dữ liệu dùng để vẽ đồ thị

Series in: Chọn dạng đồ thị đọc dữ liệu theo hàng (Row) hay Cột (Column) + Phiếu Series: Khai báo từng chuỗi số liệu trên đồ thị, trong đó:

Series: Chứa các chuỗi dữ liệu tham gia đồ thị

Values: Tọa độ khối chứa giá trị

Name: Tọa độ ô chứa tên của chuỗi dữ liệu

Category (X) Axis labels: Khối dùng làm nhãn trục X

Sau khi khai báo xong tại hộp thoại này, ấn nút Next

- Trong hộp thoại Chart Wizard - Step 3 of 4 - Chart Option: ta khai báo các nội dung về: Tiêu đề của đồ thị (Titles), trục toạ độ (Axes), đường lưới (Gridlines), chú thích (Legend), nhãn (Data Labels), bảng dữ liệu (Data Table)

Sau khi khai báo xong tại hộp thoại này, ấn nút Next

- Trong hộp thoại Chart Wizard - Step 4 of 4 - Chart Location: định vị trí đặt đồ thị + As new sheet: đồ thị được đặt ở một Sheet khác với Sheet chứa số liệu

+ As object in: đồ thị được đặt trên cùng Sheet với bảng số liệu

Khai báo xong ta ấn nút Finish để kết thúc tạo lập đồ thị

 Thao tác h iệu chỉnh đồ thị

- Double Click vào thành phần cần hiệu chỉnh trên đồ thị để mở hộp thoại hiệu chỉnh của thành phần được chọn hoặc kích chọn thành phần này trên đồ thị rồi chọn lệnh Format - Select (tên thành phần)

- Các thành phần trên đồ thị gồm: Chart Title (tiêu đề của đồ thị), X Title (tiêu đề của trục X), Y Title (tiêu đề của trục Y), Category label (tiêu đề dữ liệu số), Data Series (đường biểu diễn của biểu đồ), Legend (chú thích), Gridlines (các đường lưới), Axes (trục toạ độ), Data Labels (nhãn), Data Table (bảng dữ liệu)

- Nếu đã biết mối quan hệ giữa y và x là tỉ lệ bậc nhất thì trong hộp thoại Chart Wizard - Step 1 of 4 - Chart Type ta chọn dạng thức đồ thị cần dùng là XY (Cartter) Tuy nhiên, sau khi vẽ được đồ thị ta cần tuyến tính hóa bằng cách click chuột phải vào một điểm bất kì trong đồ thị, chọn add trendline, chọn tab options và chọn Display R-squared value on chart Để hiện cả phương trình tuyến tính ra thì chọn Display equation on chart Giá trị của hệ số tương quan R2 càng gần 1 thì kết quả thu được càng chính xác

1.2.5 Các tiêu chí lựa chọn một phương án thí nghiệm thực hành

Có nhiều phương án khác nhau để thực hiện phép đo một đại lượng Vật lí Việc xây dựng một phương án nào đó đều được cân nhắc kĩ lưỡng vì cần nhiều thời gian, công sức và tiền bạc đầu tư cho việc chế tạo thiết bị tương ứng Qua thảo luận, các nhà khoa học đã thống nhất 4 tiêu chí để lựa chọn một phương án TN như sau:

 Cơ sở khoa học đúng: Phương án phải nhằm đúng mục tiêu khoa học cần giải quyết, phù hợp với cơ sở lí thuyết đã học

 Có tính khả thi: Đây là điều thiết yếu nhất để lựa chọn Phương án được chọn phải có tính khả thi cao, nghĩa là phải có khả năng để đa số HS làm được

 Có sai số nhỏ: Yêu cầu này khá khó vì chưa làm thì không thể biết sai số

Tuy nhiên, đây là một yêu cầu rất thực luôn đặt ra trong mọi tình huống khi ta xây

dựng và lựa chọn phương án

 Thao tác đơn giản : Phương án sử dụng cần ít dụng cụ, bố trí lắp ráp đơn

giản, ít yêu cầu các điều kiện ngoại vi phức tạp, ít thao tác đo lường, xử lí số liệu

đơn giản Đây cũng là yêu cầu khó xác định cụ thể mà phải phán đoán

Các tiêu chí trên chỉ có tính chất tham khảo, không phải là chuẩn mực cố định Thực tế không một phương án nào có đủ cả bốn ưu thế “Cơ sở khoa học đúng hơn – tính khả thi cao hơn - sai số nhỏ hơn – thao tác đơn giản hơn” Vì vậy mà khi tiến hành lập phương án thì không nên bỏ tiêu chí nào nhưng coi trọng tính khả thi

1.2.6 Hệ thống bài thí nghiệm thực hành trong chương trình Vật lí trung học phổ thông

Đồng hành với sự đổi mới quá trình dạy học Vật lí là sự đổi mới, sự đề cao vai trò của bài thí nghiệm thực hành Vật lí Trước đây trong SGK Vật lí THPT cải cách, các bài TNTH chỉ được nêu lên sơ lược ở cuối sách, không gây được sự chú ý

và về mặt hệ thống không đảm bảo tính liên tục, trọn vẹn về nội dung của một chương Hiện nay, trong SGK Vật lí THPT hiện hành, các bài thực hành thường được đặt ở cuối mỗi chương, ghi rõ các mục tiêu cần đạt được, trình bày, hướng dẫn

rõ ràng hơn

Mục tiêu của các TNTH trong chương trình được tổng hợp trong bảng 1.1:

Bảng 1.1 - Hệ thống bài thực hành Vật lí trong chương trình vật lí THPT

1 Khảo sát sự rơi tự do và đo gia tốc rơi tự do

 Theo SGK 10 nâng cao (Bài 12 theo chương trình)

- Xác định giá trị của gia tốc rơi tự do bằng thực nghiệm

- Biết cách dùng bộ rung và đồng hồ đo thời gian hiện số để đo khoảng thời gian nhỏ, qua đó củng cố các thao tác cơ bản về TN và xử lí kết quả bằng tính toán và

đồ thị

- Củng cố kiến thức về sự rơi tự do

 Theo SGK 10 cơ bản (Bài 8 theo chương trình)

Đo được thời gian rơi t của một vật trên những quãng đường đi được s khác nhau,

vẽ và khảo sát đồ thị s ~ t2 để rút ra kết luận về tính chất của chuyển động rơi tự

do và xác định được gia tốc rơi tự do

2 Đo hệ số ma sát theo phương pháp động lực học

 Theo SGK 10 nâng cao (Bài 25 theo chương trình)

- Xác định bằng thực nghiệm hệ số ma sát trượt và hệ số ma sát nghỉ giữa hai vật

- Biết cách dùng lực kế, mặt phẳng nghiêng, thước đo góc, máy đo thời gian hiện số qua đó củng cố các thao tác cơ bản về thí nghiệm và xử lí kết quả

- Củng cố kiến thức về lực ma sát, động học, động lực học và tĩnh học

 Theo SGK 10 cơ bản (Bài 16 theo chương trình)

Vận dụng phương pháp động lực học để nghiên cứu lực ma sát tác dụng vào một vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng Xác định hệ số ma sát trượt, so sánh giá trị thu được từ thực nghiệm với số liệu cho trong bảng 13.1 SGK

3 Tổng hợp hai lực

 Theo SGK 10 nâng cao (Bài 30 theo chương trình)

Kiểm nghiệm lại quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy và quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều Rèn luyện kĩ năng sử dụng lực kế

4 Xác định hệ số căng bề mặt của chất lỏng

 Theo SGK 10 nâng cao (Bài 57 theo chương trình)

- Xác định hệ số căng bề mặt của nước xà phòng và của nước cất

- Rèn luyện kĩ năng sử dụng các dụng cụ đo: cân đòn, lực kế và thước kẹp

 Theo SGK 10 cơ bản (Bài 40 theo chương trình)

- Khảo sát hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng

- Xác định hệ số căng bề mặt của nước

5 Xác định suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa

 Theo SGK 11 nâng cao (Bài 16 theo chương trình)

- Làm được thí nghiệm để xác định suất điện động và điện trở trong của một pin

- Củng cố kĩ năng sử dụng vôn kế , ampe kế ; tính toán sai số và sử dụng đồ thị; rèn luyện kĩ năng hoạt động theo nhóm trong thực hành thí nghiệm

- Hiểu rõ hơn về vai trò của điện trở trong và mối liên hệ của nó với mạch ngoài trong thực tế

 Theo SGK 11 cơ bản (Bài 12 theo chương trình)

- Áp dụng hệ thức hiệu điện thế của đoạn mạch chứa nguồn điện và định luật Ôm đối với toàn mạch để xác định suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa

- Sử dụng các đồng hồ đo điện đa năng hiện số để đo hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong các mạch điện

6 Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn và đặc tính khuếch đại của tranzito

 Theo SGK 11 nâng cao (Bài 25 theo chương trình)

- Bằng thực nghiệm thấy được đặc tính chỉnh lưu dòng điện của điốt bán dẫn và đặc tính khuếch đại của tranzito

- Vận dụng kiến thức lí thuyết về dòng điện trong bán dẫn, giải thích được kết quả thực nghiệm

- Tiếp cận với một vài giải pháp về kĩ thuật điện tử trong thực tế

- Củng cố kĩ năng sử dụng dụng cụ đo điện như vôn kế, ampe kế, bước đầu làm quen với dao động kí điện tử (thật hoặc ảo)

 Theo SGK 11 cơ bản (Bài 18 theo chương trình)

- Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt

- Vẽ đặc tuyến vôn – ampe của điốt

7 Xác định thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất

 Theo SGK 11 nâng cao (Bài 37 theo chương trình)

- Tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của la bàn tang (điện kế tang)

- Dùng la bàn tang và máy đo điện đa năng hiện số để xác định thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất

8 Xác định chiết suất của nước và tiêu cự của thấu kính phân kì

 Theo SGK 11 nâng cao (Bài 56 theo chương trình)

- Xác định chiết suất của nước và tiêu cự của TKPK

- Rèn luyện kĩ năng sử dụng, lắp ráp, bố trí các linh kiện quang và kĩ năng tìm ảnh của vật cho bởi thấu kính

 Theo SGK 11 cơ bản (Bài 35 theo chương trình)

- Biết được phương pháp xác định tiêu cự của TKPK bằng cách ghép nó đồng trục với một TKHT để tạo ra ảnh thật của vật thật qua hệ hai thấu kính

- Rèn luyện kĩ năng sử dụng giá quang học để xác định tiêu cự của TKPK

9 Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn Xác định chu kì dao động của con lắc đơn hoặc con lắc lò xo và gia tốc trọng trường

 Theo SGK 12 nâng cao (Bài 13 theo chương trình)

- Hiểu được phương án thí nghiệm để xác định chu kì của con lắc đơn và con lắc

lò xo thẳng đứng

- Thực hiện được phương án xác định chu kì dao động con lắc đơn bằng thí nghiệm thật và chu kì dao động của con lắc lò xo bằng thí nghiệm ảo

- Tính được gia tốc trọng trường từ kết quả thí nghiệm

- Củng cố kiến thức về dao động cơ, kĩ năng sử dụng thước đo độ dài và đồng hồ

đo thời gian Bước đầu làm quen với phòng thí nghiệm ảo

 Theo SGK 12 cơ bản (Bài 6 theo chương trình)

- Khảo sát thực nghiệm để phát hiện ảnh hưởng của biên độ, khối lượng, chiều dài con lắc đơn đối với chu kì dao động T Từ đó tìm ra công thức tính chu kì

 Theo SGK 12 nâng cao (Bài 20 theo chương trình)

- Đo bước sóng của âm trong không khí dựa vào hiện tượng cộng hưởng giữa dao động của cột không khí trong ống và dao động của nguồn âm Biết tần số của âm, tính được tốc độ truyền âm trong không khí

- Rèn luyện kĩ năng xác định độ dài của cột không khí trong ống khi âm nghe thấy

có cường độ lớn nhất

11 Khảo sát đoạn mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp

 Theo SGK 12 nâng cao (Bài 34 theo chương trình)

- Biết cách khảo sát mạch xoay chiều bằng thực nghiệm, hiểu ý nghĩa thực tế của những đại lượng cơ bản là trở kháng, sự lệch pha, hiện tượng cộng hưởng điện

- Dùng dao động kí điện tử, máy phát âm tần và các dụng cụ đo thông thường để làm thực nghiệm, liên hệ giữa các phép đo cụ thể với việc vẽ giản đồ Fre-nen

- Bằng thực nghiệm củng cố kiến thức về dao động điện từ

 Theo SGK 12 cơ bản (Bài 19 theo chương trình)

- Tập dùng đồng hồ hiện số đa năng để đo điện áp xoay chiều

- Vận dụng phương pháp giản đồ Fre-nen để xác định L, r, C, Z và cosϕ của đoạn mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp

12 Đo bướ c sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa

 Theo SGK 12 nâng cao (Bài 42 theo chương trình)

- Quan sát hiện tượng giao thoa của ánh sáng trắng qua khe Y-âng

- Xác định bước sóng của ánh sáng đơn sắc dựa vào hiện tượng giao thoa của ánh sáng đơn sắc qua khe Y-âng

- Rèn luyện kĩ năng sử dụng các dụng cụ thí nghiệm để tạo ra hệ vân giao thoa

 Theo SGK 12 cơ bản (Bài 29 theo chương trình)

- Quan sát hệ vân giao thoa tạo bởi khe Y-âng, sử dụng chùm sáng laze

- Đo bước sóng ánh sáng

1.2.7 Những thuận lợi và khó khăn khi dạy học thí nghiệm thực hành Vật

lí trong chương trình THPT hiện nay

Qua tìm hiểu từ các phương tiện thông tin đại chúng và ý kiến các chuyên gia, tôi thấy việc dạy học TNTH hiện nay có những thuận lợi sau:

- Kinh phí dành cho việc mua sắm thiết bị tăng lên, các trường đều có kế hoạch xây dựng các phòng thí nghiệm chuyên biệt cho từng môn, có nhân viên thiết bị

- Bộ dụng cụ cho các bài thực hành đã hoàn chỉnh về cơ bản các thiết kế và chế tạo

- Các GV và HS có nhiều nguồn tư liệu, phim ảnh, phần mềm mô phỏng hướng dẫn

về thí nghiệm hơn, đặc biệt internet là nguồn tham khảo hữu ích nhất