SKKN THIẾT kế một số đồ DÙNG dạy học môn vật lí lớp 12

Hiện nay, bộ thí nghiệm sóng dừng đã được công ty sách thiết bị Nguyễn Tri Phương - TPHCM sản xuất phục vụ cho giảng dạy đại trà Hình 1.1, đủ tiêu chuẩn để thực hiện được khá tốt nhiều t

LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong quá trình giảng dạy môn vật lí lớp 12, người viết nhận thấy có một số đồ dùng dạy học có thể tự chế tạo để minh họa cho bài giảng, làm cho các kiến thức trở nên gần gũi với người học hơn, giúp họ có thêm niềm tin vào kiến thức và thêm hứng thú đối với môn vật lí Với kiến thức còn hạn hẹp, kinh nghiệm giảng dạy môn vật lí 12 còn chưa nhiều, người viết chỉ mới thiết kế và tập hợp một số đồ dùng dạy học mang tính chất biểu diễn, chưa đi vào khảo sát định lượng và chưa phân bố đều trong các chương Vì hầu hết các đồ dùng dạy học này đều khá đơn giản dễ làm, nên có thể giao cho các nhóm học sinh tự thiết kế hoặc mở rộng thành các cuộc thi nhỏ trong câu lạc bộ vật lí

NGƯỜI THỰC HIỆN

(Kí và ghi rõ họ tên)

NỘI DUNG CHÍNH

“THIẾT KẾ MỘT SỐ ĐỒ DÙNG DẠY HỌC MÔN VẬT LÍ LỚP 12”

1 SÓNG DỪNG

a Mục đích chế tạo

Các hình ảnh và phim về thí nghiệm sóng dừng trên dây đã có rất nhiều trên internet Ở trang 81 của SGK 12 nâng cao cũng đã trình bày cách bố trí thí nghiệm

và hình ảnh quan sát được Hiện nay, bộ thí nghiệm sóng dừng đã được công ty sách thiết bị Nguyễn Tri Phương - TPHCM sản xuất phục vụ cho giảng dạy đại trà (Hình 1.1), đủ tiêu chuẩn để thực hiện được khá tốt nhiều thí nghiệm như tạo hiện tượng sóng dừng trên dây đàn hồi ứng với các tần số khác nhau (sóng ngang), tạo sóng dừng trên lò xo đàn hồi (sóng dọc), nghiên cứu sự phụ thuộc của tốc độ truyền sóng trên dây vào sức căng của dây Kích thước của bộ thí nghiệm không quá lớn và có thể chứa trong một hộp chữ nhật có chiều dài 1 mét

Trong bộ thí nghiệm sóng dừng, bộ phận quan trọng nhất chính là nguồn dao động, nếu đã có nguồn rồi thì các công việc tìm dây đàn hồi và lắp đặt không quá nhiều khó khăn Ở trường tôi và một số trường THPT khác trong tỉnh đã được cung cấp các nguồn dao động của nước ngoài tài trợ từ những năm 90 của thế kỉ trước (để phục vụ cho việc dạy thí nghiệm giao thoa sóng nước, sóng dừng và nghiên

Hình 1.1 Bộ thí nghiệm sóng dừng của công ty sách &

thiết bị Nguyễn Tri Phương

cứu tính chất của chuyển động thẳng biến đổi đều) nên các GV đã tận dụng để làm thí nghiệm cho HS

Dưới đây là một bộ dụng cụ đơn giản đã được thiết kế với mục đích biểu diễn hiện tượng sóng dừng một cách định tính

b Mô tả

Hình 1.2 Bộ dụng cụ mô tả sóng dừng

Nguồn phát dao động được chế tạo theo mô hình động cơ máy quạt như hình 1.2, bao gồm:

- một động cơ quay loại nhỏ, gắn cánh quạt bằng gỗ (ở đây tôi dùng một cây tigôn)

- một thân đèn pin cũ, sử dụng pin tiểu loại 23 A – 12 V

- một công tắc để đóng ngắt mạch điện

- một sợi dây đàn hồi, chiều dài khoảng 1,5 m

c Hoạt động

Nguồn phát dao động được treo vào dây đàn hồi như hình 1.3, bật công tắc để khởi động nguồn, dịch chuyển các ngón tay cầm dây, dọc theo dây, để thay đổi chiều dài dây thích hợp sao cho có thể tạo sóng dừng một bó sóng hay hai bó sóng (hình 1.4)

Hình 1.3 Sóng dừng một bó Hình 1.4 Sóng dừng hai bó

d Nhận xét

- Ưu điểm:

 Bộ dụng cụ gây hứng thú khá mạnh cho học sinh vì nó rất gọn nhẹ, đơn giản trong chế tạo và sử dụng (các em có thể tự làm ở nhà)

 Có thể thay đổi chiều dài dây tùy ý để tạo nhiều bó sóng

- Nhược điểm:

 Một cục pin loại 23 A – 12 V chỉ giúp dụng cụ hoạt động được hai giờ

 Chưa thay đổi được tần số của nguồn phát dao động Việc này có thể cải tiến được, bằng cách sử dụng nhiều nguồn pin, khi đó chỉ cần gạt công tắc là có thể thay đổi giá trị suất điện động của nguồn phát

 Không biểu diễn được hiện tượng sóng dừng đối với trường hợp một đầu dây cố định, một đầu dây tự do

e Đề nghị

Như đã phân tích ở trên, bộ phận quan trọng nhất để tạo hiện tượng sóng dừng

đó là nguồn phát dao động, vì vậy giáo viên có thể giao đề tài này cho các nhóm

học sinh thực hiện để có thể phát triển tư duy sáng tạo cho họ Ngoài việc đơn giản nhất là dùng động cơ quay thì chúng ta còn có thể sử dụng nam châm chế tạo động

cơ điện như hình 1.5 Động cơ điện đơn giản này là sản phẩm của các thành viên trong câu lạc bộ Vật lí của trường

Hình 1.5 Động cơ điện sử dụng nam châm

2 SÓNG ÂM

a Mục đích chế tạo

Minh họa tốc độ truyền âm trong môi trường rắn và môi trường khí

b Kiến thức liên quan

- Trong mỗi môi trường truyền sóng, sóng âm truyền với một tốc độ xác định

- Trong những điều kiện như nhau (nhiệt độ, áp suất ) thì tốc độ truyền âm giảm dần theo thứ tự môi trường: rắn, lỏng, khí

c Mô tả

Bộ dụng cụ được chế tạo dựa theo mô hình điện thoại đồ chơi như hình 2.1, bao gồm:

- hai ly nước nhựa, một dùng để làm ống nói, một dùng để làm loa, được dùi thủng một lỗ nhỏ ở đáy ly

- một sợi dây dài hơn 5 m (có thể mọi loại dây, ở đây tác giả dùng dây chỉ),

luồn qua hai lỗ trên hai ly, cố định lại bằng hai que tăm

Hình 2.1 Bộ dụng cụ sóng âm

d Hoạt động

Nếu hai người đứng ở khoảng cách 10 m, để có thể trao đổi trực tiếp với nhau buộc bạn phải tăng âm lượng hết cỡ, nhưng với bộ dụng cụ này bạn có thể thoải mái trao đổi, với âm lượng bình thường như khi hai bạn đang đứng cạnh nhau Để

âm thanh truyền tốt nhất bạn chú ý giữ hai ly sao cho dây căng hết cỡ (hình 2.2) Điều này chứng tỏ sóng âm truyền được trong hai môi trường khí và rắn Trong môi trường không khí có nhiều vật hấp thụ năng lượng sóng âm nên âm thanh bị mất mát năng lượng, ảnh hưởng đến cường độ âm hơn trong môi trường rắn

Nếu tăng khoảng cách ra xa hơn nữa, thì không những phải hét thật to mà còn phải đợi một lúc bạn mới nghe thấy âm thanh Nhưng nếu sử dụng bộ dụng cụ này, bạn hầu như nghe thấy ngay lập tức Điều đó chứng tỏ sóng âm truyền trong môi trường rắn với tốc độ lớn hơn trong không khí

Hình 2.2 Trao đổi bằng điện thoại tự chế

e Nhận xét

- Ưu điểm:

 Bộ dụng cụ dựa trên một trò chơi thời thơ trẻ nên là một minh họa gần gũi với học sinh, có thể mở rộng để tổ chức cuộc thi truyền tin trong câu

lạc bộ vật lí

 Đơn giản, dễ làm

- Nhược điểm:

 Việc sử dụng dây chỉ rất dễ bị rối, có thể thay thế bằng dây dù

 Phạm vi lớp học nhỏ nên phải bố trí một học sinh ở ngoài lớp và một học

sinh ở trong lớp

3 TỔNG HỢP ÁNH SÁNG TRẮNG

a Mục đích chế tạo

Minh họa về sự tổng hợp nhiều ánh sáng

đơn sắc khác nhau có thể tạo thành ánh

sáng trắng

b Kiến thức liên quan

Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh

sáng đơn sắc, có màu biến thiên liên tục

từ đỏ đến tím Điều này đã được Newton dự đoán từ thí nghiệm trước đó về

sự tán sắc ánh sáng thực hiện năm 1672 Ánh sáng trắng sau khi qua lăng kính

bị phân tách ra thành nhiều chùm sáng đơn sắc khác nhau Do các chùm sáng đơn sắc khác nhau trong chùm sáng trắng sau khi khúc xạ qua lăng kính, bị lệch các góc khác nhau, trở thành tách rời nhau, tạo thành quang phổ của ánh sáng trắng

c Mô tả

Nhiều thí nghiệm chứng tỏ có thể

tạo ánh sáng trắng dựa trên cơ sở

chồng chập các chùm sáng đơn

sắc với đủ bảy màu cơ bản đỏ,

cam, vàng, lục, lam, chàm và tím

Ở đây, chúng tôi thực hiện điều

này dựa trên mô hình đĩa Newton

Đây là một đĩa có thể làm bằng

bìa cứng được chia thành nhiều

hình quạt nhỏ Mỗi hình quạt

được tô màu cầu vồng theo thứ tự như trên Đĩa có thể quay quanh tâm của chính nó nhờ tay quay

d Hoạt động

Quay đĩa Newton quanh tâm nhanh dần, ban đầu còn nhìn rõ đủ các màu phân

bố trên đĩa, khi đĩa quay đủ nhanh, do hiện tượng lưu ảnh, mắt sẽ nhìn thấy đĩa có màu trắng do sự chồng chập của các màu đơn sắc khác nhau trên võng mạc

Hình 3.3: Các sản phẩm tổng hợp ánh sáng trắng theo mô hình đĩa Newton

(Ảnh tư liệu Câu lạc bộ Vật lí , THPT Lương Thế Vinh)

e Nhận xét

 Ưu điểm:

 Cấu trúc bộ dụng cụ đơn giản, có thể thay thế tay quay bằng mô-tơ được thu hồi từ các động cơ điện cũ trong đồ chơi dành cho trẻ em

 Có thể thay đổi tốc độ quay của đĩa bằng cách mắc nối tiếp mô-tơ với biến trở nhằm khảo sát quá trình tổng hợp ánh sáng trắng chịu sự chi phối của tốc độ quay nhanh hay chậm Kết quả ghi nhận, đĩa quay càng nhanh thì ánh sáng tổng hợp càng gần với màu trắng

 Có thể thay đổi sự phối màu đơn sắc khác nhau trên đĩa nhằm khảo sát ảnh hưởng của sự chồng chập từ các màu đơn sắc khác nhau, việc chọn tỉ

lệ % của màu đơn sắc cũng ảnh hưởng nhiều đến quá trình tổng hợp, kết quả có thể thu nhận được các màu đa sắc khác nhau mà không phải là màu trắng

 Nhược điểm:

 Thực tế thí nghiệm chỉ thu được ánh sáng màu ngà ngà, không phải màu trắng như mong muốn Như đã nói ở trên, với cách tổng hợp này, để thu

nhận được ánh sáng trắng từ các màu đơn sắc khác nhau không đơn giản

vì quá trình này chịu nhiều yếu tố chi phối như tốc độ quay của đĩa, màu đơn sắc được chọn và tỉ lệ % của màu trên đĩa phải phù hợp để ánh sáng

đa sắc thu nhận được là màu trắng Điều này đòi hỏi người thực hiện sản phẩm phải qua nhiều bước thử - sai trước khi nhận được ánh sáng tổng

hợp là ánh sáng trắng

4 CƠ HỌC VẬT RẮN

a Mục đích chế tạo

Mô tả lại một hiện tượng vật lí dựa theo một bài toán mẫu trong sách Cơ sở vật

lí (tập 2) của David Halliday, trang 75

b Kiến thức liên quan

Trích bài toán mẫu 12-9 (Cơ sở vật lí (tập 2) của David Halliday, trang 75):

Một sinh viên ngồi trên một cái ghế

có thể quay dễ dàng quanh một

trục thẳng đứng Ban đầu, anh sinh

viên ở trạng thái nghr và cầm một

cái bánh xe đạp mà vành được đổ

chì cho nặng và có quán tính quay

Bánh xe quay với tốc độ góc ban

đầu ωi là 3,9 vòng/s ; nhìn từ trên

xuống, thì bánh xe quay ngược

chiều kim đồng hồ Trục của bánh

xe thẳng đứng và momen động

lượng Li hướng thẳng đứng lên trên Bây giờ, anh sinh viên lật ngược cái bánh xe lại, kết quả là anh ta cùng với ghế quay quanh trục ghế Anh sinh viên quay với tốc

)

→ Sử dụng định luật bảo toàn mômen động lượng để giải toán (chi tiết vui lòng xem sách của David Halliday)

c Mô tả

Hình 4.2 Bộ dụng cụ thí nghiệm bảo toàn momen động lượng

Bộ dụng cụ thí nghiệm được mô phỏng theo ý tưởng của bài toán mẫu trên, tuy nhiên ở đây tác giả không dùng ghế quay mà sử dụng một bàn quay đơn giản hơn, cùng với hai vật rắn có dạng đĩa tròn đặc (màu đen) và dạng vành bánh xe có khối lượng lần lượt là: Khối lượng của hai vật rắn càng lớn thì quán tính càng quay, thí nghiệm càng dễ thực hiện

d Hoạt động

- Một học sinh A ban đầu đứng thăng bằng ở trạng thái nghỉ trên bàn quay, hai tay giữ chặt trục quay của đĩa tròn đặc theo phương thẳng đứng như hình 4.3

- Một học sinh B đến quay thật mạnh đĩa tròn Trong khi đĩa tròn đang quay, học sinh A vẫn ở trạng thái nghỉ

- Học sinh A lật ngược đĩa tròn lại, kết quả là học sinh A cùng với bàn quay quanh trục của bàn

- Để dừng lại, học sinh A chỉ cần lật ngược đĩa tròn lại lần nữa để đưa về

vị trí ban đầu

- Nếu lực quay đủ mạnh, chỉ cần làm nghiêng trục của đĩa tròn là cũng đủ

để học sinh A và bàn cùng quay

- Tiến hành thí nghiệm tương tự đối với vành tròn bánh xe còn lại

e Nhận xét

- Ưu điểm:

 Mặc dù trong chương trình vật lí 12 cơ bản không có chương Cơ học vật rắn, nhưng một số học sinh khi được thực hiện thí nghiệm này đều tỏ ra

khá ngạc nhiên và hứng thú tự tìm hiểu kĩ hơn về lí thuyết

 Bàn xoay có ma sát nhỏ nên quay tốt Các vật rắn đảm bảo đủ nặng để có

quán tính quay lớn

- Nhược điểm:

 Việc chế tạo bộ dụng này không đơn giản như các bộ dụng cụ đã đề cập phía trên, đặc biệt là cái bàn quay phải thật chắc chắn, cân bằng tốt, ma

sát nhỏ

 Các đĩa tròn có khối lượng khá lớn nên mau gây mỏi tay khi cầm ở tư thế

đã mô tả

 Chỉ là một thí nghiệm định tính, chưa đo đạc định lượng các số liệu cụ thể

 Phần kiến thức này chủ yếu dành cho học sinh các lớp chuyên lí

KẾT LUẬN

Bốn đồ dùng dạy học được thiết kế ở trên liên quan đến kiến thức sóng dừng, sóng âm, tổng hợp ánh sáng trắng và cơ học vật rắn, mặc dù chỉ dừng ở mức độ thí nghiệm biểu diễn nhưng đã phần nào đem lại sự hấp dẫn cho giờ học Các thiết kế này hoàn toàn có thể được cải tiến để hoàn thiện hơn Hoặc có thể thay đổi hình thức thiết kế, thay vì giáo viên đóng vai trò trung tâm thì giờ đây giáo viên sẽ nhường vai trò cho đó các nhóm học sinh, để họ chủ động trong thiết kế, giáo viên trở thành người đưa ý tưởng và hướng dẫn nếu cần Nhờ vậy, học sinh sẽ phát triển thêm nhiều kĩ năng sống ngoài những giờ học lí thuyết trên lớp Đó cũng là mục tiêu chính của giáo dục: “Giúp người học phát triển toàn diện”

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Lương Duyên Bình, Vũ Quang, Nguyễn Thượng Chung, Tô Giang, Trần Chí

Minh, Ngô Quốc Quýnh (2008), Vật lý 12, Nxb Giáo dục, Hà Nội

2 Nguyễn Thế Khôi, Vũ Thanh Khiết, Nguyễn Đức Hiệp, Nguyễn Ngọc Hưng, Nguyễn Đức Thâm, Phạm Đình Thiết, Vũ Đình Túy, Phạm Quý Tư,

Vật lý 12 nâng cao, Nxb Giáo dục, Hà Nội

3 David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Cơ sở vật lí – tập hai – cơ học II, Nxb Giáo dục, Hà Nội

4 Powerpoint Hướng dẫn sử dụng thí nghiệm vật lí 12 của công ty sách & thiết

bị Nguyễn Tri Phương, TPHCM

5 Một số trang web:

(http://www.daviddarling.info/encyclopedia/N/Newtons_color_disk.html)