Thiết kế một số thí nghiệm hỗ trợ cho việc dạy học vật lý 10

. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay chúng ta đang thực hiện việc đổi mới mạnh mẽ về nội dung và phương pháp dạy học ở bậc trung học phổ thông, đối với các môn khoa học thực nghiệm nói chung và môn vật lý nói riêng đổi mới phải gắn liền với tăng cường sử dụng thí nghiệm trong quá trình dạy học. Đây là nhiệm vụ khó khăn vì nhiều nguyên nhân, nhất là thiết bị thí nghiệm còn thiếu, chưa đồng bộ, một số thì bị hư....đã ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng giáo dục. Công tác giáo dục của giáo viên luôn gắn liền với mục tiêu dạy học, để đạt được mục tiêu đó không chỉ đòi hỏi ở năng lực của giáo viên mà còn có sự hỗ trợ của các công cụ thí nghiệm. Bởi lẽ quá trình nhận thức vật lý không phải bao giờ cũng diễn ra suôn sẻ thuận lợi mà có những mâu thuẫn, những sự đấu tranh quyết liệt vì thế giới vật chất luôn tồn tại khách quan không phụ thuộc vào ý muốn của con người, để nhận biết được các dấu hiệu bên ngoài của một sự vật, hiện tượng thì nhờ tác động của nó lên các giác quan. Do đó tính trực quan đóng vai trò rất quan trọng trong dạy học. Trên thực tế, giờ học vật lý ở trường phổ thông, đa số giáo viên đã đưa thí nghiệm vào dạy học, tuy nhiên ở một số bài học vẫn chưa được cung cấp dụng cụ thí nghiệm hoặc trên thị trường chưa bán dụng cụ, điều này dẫn đến giáo viên phải giảng lý thuyết khô khan kém thuyết phục, gây ra tâm lý nhàm chán ở học sinh kéo theo việc tiếp thu kiến thức ở các em chỉ ở mức học thuộc lòng. Vậy thì làm thế nào để truyền đạt kiến thức cho học sinh một cách có hiệu quả nhất, là một giáo viên vật lý trong tương lai, tôi quyết định chọn đề tài “ thiết kế một số thí nghiệm hỗ trợ cho việc dạy học vật lý 10 nâng cao ” với mong muốn bằng thí nghiệm tự tạo để dạy học thì học sinh dễ dàng tiếp thu kiến thức từ đó tạo niềm đam mê và hứng thú trong giờ học vật lý đồng thời rút ra một số kinh nghiệm để phục vụ cho công tác giảng dạy sau này. 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Đề tài thực hiện các mục tiêu sau:  Nghiên cứu cơ sở lý luận của các loại thí nghiệm trong dạy học vật lý.  Xây dựng qui trình thiết kế thí nghiệm vật lý.  Vận dụng qui trình thiết kế để thực hành thiết kế một số thí nghiệm hỗ trợ vào dạy học vật lý 10 nâng cao.  Thực tập trên các thí nghiệm đã thiết kế. 3. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Trong phạm vi của tiểu luận, tôi chỉ nghiên cứu lý thuyết cơ bản phục vụ cho việc thiết kế và sử dụng thí nghiệm, xây dựng qui trình thiết kế thí nghiệm và vận dụng qui trình đó để thiết kế một số thí nghiệm vật lý 10 nâng cao. 4. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Phương pháp Để thực hiện đề tài này tôi đã sử dụng các phương pháp sau  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tiến hành đọc và tìm các tài liệu có liên quan sau đó phân tích, tổng hợp lại cho hoàn chỉnh và phù hợp với mục tiêu của đề tài, sau cùng xây dựng qui trình thiết kế thí nghiệm  Thiết kế thí nghiệm: Thực hành thiết kế thí nghiệm và quan sát hiện tượng thí nghiệm. Phương tiện Để thực hiện đề tài này tôi đã sử dụng các phương tiện: Tài liệu sách, công cụ tìm kiếm thông tin qua mạng internet, máy chụp ảnh ghi lại dụng cụ và hiện tượng trong thí nghiệm, dụng cụ và nguyên liệu để chế tạo được thí nghiệm( tên dụng cụ sẽ được nêu cụ thể trong phần thực hành thiết kế thí nghiệm). 5. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Tôi đã thực hiện đề tài qua 6 bước  Xác định mục tiêu của đề tài.  Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến đề tài.  Lập đề cương nghiên cứu.  Xây dựng qui trình thiết kế thí nghiệm.  Thực hành thiết kế thí nghiệm vật lý 10 nâng cao.  Viết báo cáo cho đề tài đã thực hiện  Báo cáo kết quả của đề tài. B. NỘI DUNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Tầm quan trọng của thí nghiệm trong dạy học vật lý Theo Nguyễn Đức Thâm 3, tr 289 thí nghiệm có các tầm quan trọng sau đây: “ Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức (nguồn trực tiếp của tri thức) Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu được. Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức đã thu được vào thực tiễn. Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lý. ” “Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của học sinh ” bao gồm: + Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kỹ năng kỹ xảo về vật lý của học sinh. + Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lý, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh. + Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của học sinh. Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hóa và trực quan trong dạy học vật lý. Với những tầm quan trọng khác nhau dẫn đến mục đích thí nghiệm cũng khác nhau vì vậy thí nghiệm được phân ra nhiều loại khác nhau. 1.2. Sự phân loại thí nghiệm Theo Nguyễn Đức Thâm 3, tr 311, thí nghiệm được phân ra hai loại được sử dụng trong dạy học vật lý ở trường phổ thông đó là: Thí nghiệm biểu diễn và thí nghiệm thực tập. 1.2.1. Thí nghiệm biểu diễn: (TNBD)  Khái niệm 3, tr 312: TNBD là thí nghiệm “ được giáo viên tiến hành ở trên lớp, trong các giờ học nghiên cứu kiến thức mới và có thể ở các giờ học củng cố kiến thức của học sinh.”  Theo Nguyễn Đức Thâm 3, tr 312, thí nghiệm biểu diễn có 3 loại: + Thí nghiệm mở đầu. + Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng. Trong thí nghiệm này được chia ra hai loại là: Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát và thí nghiệm nghiên cứu minh họa ( thí nghiệm minh họa). + Thí nghiệm củng cố. 1.2.2. Thí nghiệm thực tập: (TNTT)  Khái niệm 3, tr 314: “ TNTT là thí nghiệm do học sinh tự tiến hành trên lớp (trong phòng thí nghiệm), ngoài lớp, ngoài nhà trường hoặc ở nhà với các mức độ tự lực khác nhau.”  TNTT được chia thành 3 loại sau: + Thí nghiệm trực diện. + Thí nghiệm thực hành vật lý. + Thí nghiệm và quan sát vật lý ở nhà. Trong đề tài này tôi nghiên cứu xoay quanh các thí nghiệm sau: Thí nghiệm mở đầu và thí nghiệm minh họa gọi chung là thí nghiệm biểu diễn. Sau đây tôi sẽ đi sâu vào nghiên cứu thí nghiệm biểu diễn. 1.3. Thí nghiệm biểu diễn 1.3.1. Mục đích của thí nghiệm Theo Nguyễn Đức Thâm 3, tr 312 và Lê Phước Lộc 2, tr 63, các loại thí nghiệm khác nhau được vận dụng vào những mục đích khác nhau.  Thí nghiệm mở đầu: Để đề xuất vấn đề nghiên cứu.  Thí nghiệm minh họa 3, tr 312: “ Nhằm kiểm chứng lại kiến thức đã học được xây dựng bằng con đường lý thuyết dựa trên những phép suy luận logic chặt chẽ (trong đó có suy luận toán học)” hoặc để minh họa cho một mối quan hệ của các đại lượng trong công thức, một tính chất riêng, một hệ quả của định luật hay một kết quả suy luận trực tiếp từ định luật. 1.3.2. Yêu cầu đối với việc sử dụng thí nghiệm biểu diễn trong dạy học Theo Nguyễn Đức Thâm 3, tr 325, để đạt được mục tiêu dạy học và phát huy đầy đủ chức năng của thí nghiệm trong dạy học, giáo viên phải tuân thủ các yêu cầu của việc: Đặt kế hoạch thí nghiệm, chuẩn bị thí nghiệm và bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm và xử lí kết quả.  Khi đặt kế hoạch thí nghiệm cần phải:  Xác định rõ mục đích thí nghiệm  Liệt kê những nhiệm vụ mà học sinh phải hoàn thành.  Đảm bảo tính trực quan, tính hiệu quả, tính an toàn trong dạy học.  Chuẩn bị thí nghiệm: Nghiên cứu những chức năng của dụng cụ thí nghiệm và kiểm tra kỹ sự hoạt động trước khi dạy trên lớp.  Bố trí thí nghiệm: Phải đảm bảo cho mọi học sinh đều nhìn rõ được dụng cụ hoặc nếu dụng cụ nhỏ thì phải có biện pháp cho học sinh ngồi ở những vị trí có thể quan sát được.  Tiến hành thí nghiệm: Giáo viên phải định hướng cho học sinh cần quan sát cái gì là trọng điểm, linh hoạt trong chuẩn bị bảng giá trị hợp lí, khi tiến hành thí nghiệm không che khuất tầm nhìn của học sinh.  Xử lí kết quả thí nghiệm: Phải đảm bảo tính trung thực, cẩn thận chu đáo trong tính toán, đối với thí nghiệm định tính đòi hỏi học sinh phải phát biểu kết quả đã quan sát, phân tích kết hợp suy luận logic để rút ra kết luận. 1.4. Vai trò và nhiệm vụ của giáo viên trong việc tổ chức thí nghiệm trong dạy học 1.4.1. Trước khi tiến hành thí nghiệm Thông thường giáo viên sẽ nêu lên mục đích thí nghiệm nhưng chỉ nêu như vậy thì chưa đặt học sinh vào thế chủ động đi “chinh phục” kiến thức. Vì vậy giai đoạn này nên đưa ra nhưng câu đố hoặc câu hỏi để kích thích sự tò mò lôi cuốn học sinh tham gia vào thí nghiệm một cách tự nguyện. Ví dụ: Khi làm thí nghiệm về định luật archimede với mục đích thí nghiệm mà giáo viên sẽ nêu lên là thí nghiệm nhằm xét trong điều kiện nào thì một vật nổi đựợc trong chất lỏng. Thay vì nói như vậy thì giáo viên sẽ hỏi để tiếp cận vấn đề như sau: Làm cách nào để một viên gạch có thể nổi trên mặt chất lỏng hoặc là có một chiếc tàu lớn và một cây kim nhỏ thả trên sông ta thấy chiếc tàu có khối lượng lớn thì lại nổi trong khi đó cây kim có khối lượng nhỏ thì lại chìm, tại sao vậy?. Từ đó kích thích được sự tò mò, lôi cuốn học sinh tham gia vào thí nghiệm. 1.4.2. Khi chuẩn bị thí nghiệm Trong các thí nghiệm, dụng cụ và phương án thí nghiệm luôn được giáo viên trình bày đầy đủ. Theo tôi, nên đặt câu hỏi dẫn dắt học sinh từng bước để các em tự tìm ra phương án thí nghiệm. Như vậy học sinh sẽ tăng khả năng tự lực và có thể tự lớn lên được. Ví dụ: Khi dạy bài thí nghiệm về lực từ tác dụng lên dòng điện thì giáo viên chuẩn bị sẵn dụng cụ: Nam châm chữ U, nguồn điện, khung dây. Nêu ra câu hỏi gợi mở để học sinh tự thiết lập mô hình thí nghiệm: Có một ít dây đồng, 1 cục pin, 1 nam châm thẳng làm thế nào tạo ra được cơ chế một động cơ điện, gợi ý: Hãy nhắc lại công dụng của từng dụng cụ. 1.4.3. Khi tổ chức thí nghiệm Ở giai đoạn này giáo viên nên cùng học sinh dự đoán kết quả, thầy và trò phải dựa vào những cơ sở nào đó đã học để dự đoán điều gì đó sắp xảy ra để đi đến kiến thức mới. 1.4.4. Khi giải thích cơ chế của hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm Khi dạy thí nghiệm, giáo viên nên để cho học sinh tự thể hiện tính phong phú của vật lý trong trí óc của học sinh bằng cách yêu cầu học sinh đưa ra cách giải thích của mình và khuyến khích học sinh đưa ra nhiều cách giải thích hoặc nhìn nhận khác nhau. Ví dụ: Trái đất quay xung quanh mặt trời, ngoài cách giải thích thường thấy là vì có lực hấp dẫn giữa trái đất và mặt trời ( theo cơ học Niutơn). Còn có thể giải thích như sau vì sự tồn tại của khối lượng trong không gian làm cho không gian bị cong đi (thuyết tương đối). 1.4.5. Vận dụng kết quả vào thí nghiệm thực tiễn, khuyến khích học sinh sáng tạo ra các thí nghiệm mới Ví dụ: Khi dạy xong thí nghiệm về sự nở vì nhiệt của vật rắn thì khuyến khích học sinh tự làm thí nghiệm ở nhà hoặc là tìm các hiện tượng trong tự nhiên, trong đời sống có liên quan đến hiện tượng này, chẳng hạn để khắc phục hiện tượng nở vì nhiệt của vật rắn thì các thanh ray đường sắt được đặt cách nhau một khoảng xác định. Khi đó kiến thức từ trang giấy đi trở lại thực tiễn cuộc sống và ngược lại. Vì vậy nó trở nên sống động và xanh tươi hơn. 1.5. Qui trình thiết kế thí nghiệm vào sử dụng thí nghiệm vào dạy học 1.5.1. Xác định cơ sở của việc lựa chọn nội dung làm thí nghiệm Khi thiết kế thí nghiệm, có thể dựa vào một trong các cơ sở sau:  Dựa vào công tác chuẩn bị và phương pháp tổ chức hoạt động dạy học trước khi lên lớp của giáo viên được trình bày trong sách giáo viên.  Dựa trên cơ sở thực tiễn như các hiện tượng trong tự nhiên, đồ vật thường thấy trong đời sống hằng ngày hay những ứng dụng trong kỹ thuật. Từ cơ sở đó liên tưởng đến nội dung bài dạy, lựa chọn các dụng cụ đơn giản để chế tạo thí nghiệm và đưa vào dạy học. 1.5.2. Tìm nội dung thích hợp cho thiết kế thí nghiệm Nội dung được chọn làm thí nghiệm có thể là:  Một hình ảnh thí nghiệm có sẵn trong sách giáo khoa.  Một bài tập củng cố cho học sinh vận dụng kiến thức sau khi học.  Một thí nghiệm có ý đồ có liên quan đến nội dung bài học để cùng dẫn dắt học sinh xây dựng kiến thức mới. 1.5.3. Thiết kế thí nghiệm  Bước 1: Xác định loại thí nghiệm Để xác định loại thí nghiệm cho phù hợp phải căn cứ vào nội dung lựa chọn làm thí nghiệm và mục tiêu của bài học, nội dung này thuộc phần nào trong sách giáo khoa để từ đó rút ra loại thí nghiệm.  Bước 2: Xác định mục đích thí nghiệm Căn cứ vào nội dung lựa chọn để làm thí nghiệm, mục tiêu của bài học và loại thí nghiệm từ đó xác định mục đích thí nghiệm.  Bước 3: Đề nghị dụng cụ và phương án thí nghiệm Dựa vào nội dung làm thí nghiệm để thiết kế phương án thí nghiệm và từ đó liệt kê được những dụng cụ chính và dụng cụ cần thiết để thực hành thiết kế thành công được bộ thí nghiệm.  Bước 4: Đưa ra tiến trình thí nghiệm Khi đề ra được phương án và dụng cụ thí nghiệm thì sắp xếp thứ tự từng bước từ đầu cho đến lúc làm thành công thí nghiệm.  Bước5: Chế tạo dụng cụ  Nêu ra tiến trình thực hành thiết kế thí nghiệm.  Bước nào cần lưu ý, lưu ý những gì để làm thành công dụng cụ.  Bước 6: Tiến trình làm thử thí nghiệm  Làm thử thí nghiệm theo tiến trình đã đưa ra.  Nhận xét: Ưu điểm, nhược điểm, lưu ý khi sử dụng dụng cụ thí nghiệm. 1.5.4 Hoàn chỉnh dụng cụ Căn cứ vào nhận xét tiến trình làm thử thí nghiệm để hoàn chỉnh dụng cụ, cụ thể như là:  Cần chỉnh sửa những gì để khắc phục nhược điểm.  Làm lại để kiểm tra kết quả. 1.5.5 Đề nghị cách tổ chức thí nghiệm trong dạy học Dụng cụ thí nghiệm được đưa vào dạy ở phần nào, định hướng cho học sinh tập trung chú ý vào phần nào của thí nghiệm. Tổ chức dạy như thế nào cho phù hợp phải căn cứ vào mục đích thí nghiệm và loại thí nghiệm. 2. VẬN DỤNG QUI TRÌNH ĐỂ THIẾT KẾ MỘT SỐ THÍ NGHIỆM HỖ TRỢ VÀO DẠY HỌC VẬT LÝ 10 NÂNG CAO 2.1. Bài 1: Chuyển động của vật bị ném 2.1.1. Xác định cơ sở của việc lựa chọn nội dung làm thí nghiệm Theo Nguyễn Thế Khôi 5, tr 90, yêu cầu chuẩn bị “ thí nghiệm như ở hình 18.4 SGK ” tôi thực hành thiết kế dụng cụ này. 2.1.2. Tìm nội dung thích hợp cho thiết kế thí nghiệm Nội dung thiết kế thí nghiệm thuộc phần 4 4, tr 83 là một hình ảnh thí nghiệm được xuất phát từ một bài toán: “ Một vật được ném từ điểm M ở độ cao h = 4.5 m với vận tốc ban đầu vo= 20 ms theo phương nằm ngang. Hãy xác định: a. Dạng quỹ đạo của nó. b. Thời gian vật bay trong không khí. c. Tầm bay xa của vât. d. Vận tốc của vật khi chạm đất. Lấy g = 10 ms2 bỏ qua lực cản của không khí.” Để giải quyết được bài toán này ta phải chứng minh được thời gian chuyển động của vật bị ném ngang bằng với thời gian rơi tự do ở cùng một độ cao. Trong bài này tôi chọn nội dung này để thiết kế thí nghiệm. 2.1.3. Thiết kế thí nghiệm  Bước 1: Xác định loại thí nghiệm Thí nghiệm kiểm chứng lại kết quả: Thời gian rơi tự do và thời gian chuyển động ném ngang là bằng nhau ở cùng một độ cao.  Bước 2: Mục đích thí nghiệm Kiểm chứng thời gian rơi tự do bằng với thời gian chuyển động ném ngang ở cùng một độ cao.  Bước 3: Đề nghị dụng cụ và phương án thí nghiệm  Dụng cụ:  2 viên bi cùng kích thước và khối lượng đường kính 2,5 cm làm vật rơi tự do và vật ném ngang.  1 thanh gỗ L dài 26 cm để tác dụng lực vào viên bi.  2 giá đỡ 2 viên bi có dạng hình hộp bằng gỗ có thể tích khảng 20cm3.  2 tấm bảng bằng gỗ để làm giá đỡ có diện tích bề mặt khoảng 540 cm2 và 250 cm2  1 lò xo có độ cứng k = 5Nm để kéo thanh L quay quanh 1 trục.  1 cây đinh làm trục quay, 2 cây đinh vít để móc lò xo.  1 cây búa hoặc thanh gỗ nặng để tác dụng lực vào thanh L làm 2 viên bi chuyển động.  Keo đốt dán, búa đóng đinh, nến kềm vặn đinh vít, thước thẳng. Bi A được đặt trên giá đỡ, bi B được giữ vào giá đỡ bởi một thanh L dưới tác dụng của lò xo. Khi ta tác dụng 1 lực vào thanh L bằng búa lúc này thanh nhôm gạt bi A theo phương ngang đồng thời bi B không được giữ vào giá đỡ nữa sẽ rơi tự do xuống nền gạch.  Phương án thí nghiệm + Để xác định được thời gian rơi tự do của bi B với thời gian chuyển động ném ngang của bi A có rơi đồng thời hay không thì ta lắng nghe tiếng va chạm của bi A và bi B xuống mặt sàn, nếu như tiếng va chạm cùng một lúc thì hai viên bi rơi trong cùng một thời gian. + Để tính được thời gian rơi của 2 vật ta áp dụng phương trình của vật rơi tự do ở độ cao h. khi vật chạm đất y = 0 .  Bước 4: Đưa ra tiến trình thí nghiệm

A MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện thực việc đổi mạnh mẽ nội dung phương pháp dạy học bậc trung học phổ thông, môn khoa học thực nghiệm nói chung môn vật lý nói riêng đổi phải gắn liền với tăng cường sử dụng thí nghiệm trình dạy học Đây nhiệm vụ khó khăn nhiều nguyên nhân, thiết bị thí nghiệm thiếu, chưa đồng bộ, số bị hư ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng giáo dục Công tác giáo dục giáo viên gắn liền với mục tiêu dạy học, để đạt mục tiêu không đòi hỏi lực giáo viên mà có hỗ trợ công cụ thí nghiệm Bởi lẽ trình nhận thức vật lý diễn suôn sẻ thuận lợi mà có mâu thuẫn, đấu tranh liệt giới vật chất tồn khách quan không phụ thuộc vào ý muốn người, để nhận biết dấu hiệu bên vật, tượng nhờ tác động lên giác quan Do tính trực quan đóng vai trò quan trọng dạy học Trên thực tế, học vật lý trường phổ thông, đa số giáo viên đưa thí nghiệm vào dạy học, nhiên số học chưa cung cấp dụng cụ thí nghiệm thị trường chưa bán dụng cụ, điều dẫn đến giáo viên phải giảng lý thuyết khô khan thuyết phục, gây tâm lý nhàm chán học sinh kéo theo việc tiếp thu kiến thức em mức học thuộc lòng Vậy làm để truyền đạt kiến thức cho học sinh cách có hiệu nhất, giáo viên vật lý tương lai, định chọn đề tài “ thiết kế số thí nghiệm hỗ trợ cho việc dạy học vật lý 10 nâng cao ” với mong muốn thí nghiệm tự tạo để dạy học học sinh dễ dàng tiếp thu kiến thức từ tạo niềm đam mê hứng thú học vật lý đồng thời rút số kinh nghiệm để phục vụ cho công tác giảng dạy sau MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Đề tài thực mục tiêu sau: − Nghiên cứu sở lý luận loại thí nghiệm dạy học vật lý − Xây dựng qui trình thiết kế thí nghiệm vật lý − Vận dụng qui trình thiết kế để thực hành thiết kế số thí nghiệm hỗ trợ vào dạy học vật lý 10 nâng cao − Thực tập thí nghiệm thiết kế GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Trong phạm vi tiểu luận, nghiên cứu lý thuyết phục vụ cho việc thiết kế sử dụng thí nghiệm, xây dựng qui trình thiết kế thí nghiệm vận dụng qui trình để thiết kế số thí nghiệm vật lý 10 nâng cao PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI * Phương pháp Để thực đề tài sử dụng phương pháp sau − Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tiến hành đọc tìm tài liệu có liên quan sau phân tích, tổng hợp lại cho hoàn chỉnh phù hợp với mục tiêu đề tài, sau xây dựng qui trình thiết kế thí nghiệm − Thiết kế thí nghiệm: Thực hành thiết kế thí nghiệm quan sát tượng thí nghiệm * Phương tiện Để thực đề tài sử dụng phương tiện: Tài liệu sách, công cụ tìm kiếm thông tin qua mạng internet, máy chụp ảnh ghi lại dụng cụ tượng thí nghiệm, dụng cụ nguyên liệu để chế tạo thí nghiệm( tên dụng cụ nêu cụ thể phần thực hành thiết kế thí nghiệm) CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Tôi thực đề tài qua bước − Xác định mục tiêu đề tài − Nghiên cứu tài liệu có liên quan đến đề tài − Lập đề cương nghiên cứu − Xây dựng qui trình thiết kế thí nghiệm − Thực hành thiết kế thí nghiệm vật lý 10 nâng cao − Viết báo cáo cho đề tài thực − Báo cáo kết đề tài B NỘI DUNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tầm quan trọng thí nghiệm dạy học vật lý Theo Nguyễn Đức Thâm [3, tr 289] thí nghiệm có tầm quan trọng sau đây: “- Thí nghiệm phương tiện việc thu nhận tri thức (nguồn trực tiếp tri thức) - Thí nghiệm phương tiện kiểm tra tính đắn tri thức thu - Thí nghiệm phương tiện việc thu nhận tri thức thu vào thực tiễn - Thí nghiệm phận phương pháp nhận thức vật lý ” - “Thí nghiệm phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện học sinh ” bao gồm: + Thí nghiệm phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức rèn luyện kỹ kỹ xảo vật lý học sinh + Thí nghiệm phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lý, tổ chức trình học tập tích cực, tự lực sáng tạo học sinh + Thí nghiệm phương tiện tổ chức hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dưỡng phẩm chất đạo đức học sinh - Thí nghiệm phương tiện đơn giản hóa trực quan dạy học vật lý Với tầm quan trọng khác dẫn đến mục đích thí nghiệm khác thí nghiệm phân nhiều loại khác 1.2 Sự phân loại thí nghiệm Theo Nguyễn Đức Thâm [3, tr 311], thí nghiệm phân hai loại sử dụng dạy học vật lý trường phổ thông là: Thí nghiệm biểu diễn thí nghiệm thực tập 1.2.1 Thí nghiệm biểu diễn: (TNBD) − Khái niệm [3, tr 312]: TNBD thí nghiệm “ giáo viên tiến hành lớp, học nghiên cứu kiến thức học củng cố kiến thức học sinh.” − Theo Nguyễn Đức Thâm [3, tr 312], thí nghiệm biểu diễn có loại: Thí nghiệm mở đầu Thí nghiệm nghiên cứu tượng Trong thí nghiệm chia hai loại là: Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát thí nghiệm nghiên cứu minh họa ( thí nghiệm minh họa) + Thí nghiệm củng cố + + 1.2.2 Thí nghiệm thực tập: (TNTT) − Khái niệm [3, tr 314]: “ TNTT thí nghiệm học sinh tự tiến hành lớp (trong phòng thí nghiệm), lớp, nhà trường nhà với mức độ tự lực khác nhau.” − TNTT chia thành loại sau: + Thí nghiệm trực diện + Thí nghiệm thực hành vật lý + Thí nghiệm quan sát vật lý nhà Trong đề tài nghiên cứu xoay quanh thí nghiệm sau: Thí nghiệm mở đầu thí nghiệm minh họa gọi chung thí nghiệm biểu diễn Sau sâu vào nghiên cứu thí nghiệm biểu diễn 1.3 Thí nghiệm biểu diễn 1.3.1 Mục đích thí nghiệm Theo Nguyễn Đức Thâm [3, tr 312] Lê Phước Lộc [2, tr 63], loại thí nghiệm khác vận dụng vào mục đích khác − Thí nghiệm mở đầu: Để đề xuất vấn đề nghiên cứu − Thí nghiệm minh họa [3, tr 312]: “ Nhằm kiểm chứng lại kiến thức học xây dựng đường lý thuyết dựa phép suy luận logic chặt chẽ (trong có suy luận toán học)” để minh họa cho mối quan hệ đại lượng công thức, tính chất riêng, hệ định luật hay kết suy luận trực tiếp từ định luật 1.3.2 Yêu cầu việc sử dụng thí nghiệm biểu diễn dạy học Theo Nguyễn Đức Thâm [3, tr 325], để đạt mục tiêu dạy học phát huy đầy đủ chức thí nghiệm dạy học, giáo viên phải tuân thủ yêu cầu việc: Đặt kế hoạch thí nghiệm, chuẩn bị thí nghiệm bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm xử lí kết − Khi đặt kế hoạch thí nghiệm cần phải: + Xác định rõ mục đích thí nghiệm + Liệt kê nhiệm vụ mà học sinh phải hoàn thành + Đảm bảo tính trực quan, tính hiệu quả, tính an toàn dạy học − Chuẩn bị thí nghiệm: Nghiên cứu chức dụng cụ thí nghiệm kiểm tra kỹ hoạt động trước dạy lớp − Bố trí thí nghiệm: Phải đảm bảo cho học sinh nhìn rõ dụng cụ dụng cụ nhỏ phải có biện pháp cho học sinh ngồi vị trí quan sát − Tiến hành thí nghiệm: Giáo viên phải định hướng cho học sinh cần quan sát trọng điểm, linh hoạt chuẩn bị bảng giá trị hợp lí, tiến hành thí nghiệm không che khuất tầm nhìn học sinh − Xử lí kết thí nghiệm: Phải đảm bảo tính trung thực, cẩn thận chu đáo tính toán, thí nghiệm định tính đòi hỏi học sinh phải phát biểu kết quan sát, phân tích kết hợp suy luận logic để rút kết luận 1.4 Vai trò nhiệm vụ giáo viên việc tổ chức thí nghiệm dạy học 1.4.1 Trước tiến hành thí nghiệm Thông thường giáo viên nêu lên mục đích thí nghiệm nêu chưa đặt học sinh vào chủ động “chinh phục” kiến thức Vì giai đoạn nên đưa câu đố câu hỏi để kích thích tò mò lôi học sinh tham gia vào thí nghiệm cách tự nguyện Ví dụ: Khi làm thí nghiệm định luật archimede với mục đích thí nghiệm mà giáo viên nêu lên thí nghiệm nhằm xét điều kiện vật đựợc chất lỏng Thay nói giáo viên hỏi để tiếp cận vấn đề sau: Làm cách để viên gạch mặt chất lỏng có tàu lớn kim nhỏ thả sông ta thấy tàu có khối lượng lớn lại kim có khối lượng nhỏ lại chìm, vậy? Từ kích thích tò mò, lôi học sinh tham gia vào thí nghiệm 1.4.2 Khi chuẩn bị thí nghiệm Trong thí nghiệm, dụng cụ phương án thí nghiệm giáo viên trình bày đầy đủ Theo tôi, nên đặt câu hỏi dẫn dắt học sinh bước để em tự tìm phương án thí nghiệm Như học sinh tăng khả tự lực tự lớn lên Ví dụ: Khi dạy thí nghiệm lực từ tác dụng lên dòng điện giáo viên chuẩn bị sẵn dụng cụ: Nam châm chữ U, nguồn điện, khung dây Nêu câu hỏi gợi mở để học sinh tự thiết lập mô hình thí nghiệm: Có dây đồng, cục pin, nam châm thẳng làm tạo chế động điện, gợi ý: Hãy nhắc lại công dụng dụng cụ 1.4.3 Khi tổ chức thí nghiệm Ở giai đoạn giáo viên nên học sinh dự đoán kết quả, thầy trò phải dựa vào sở học để dự đoán điều xảy để đến kiến thức 1.4.4 Khi giải thích chế tượng xảy thí nghiệm Khi dạy thí nghiệm, giáo viên nên học sinh tự thể tính phong phú vật lý trí óc học sinh cách yêu cầu học sinh đưa cách giải thích khuyến khích học sinh đưa nhiều cách giải thích nhìn nhận khác Ví dụ: Trái đất quay xung quanh mặt trời, cách giải thích thường thấy có lực hấp dẫn trái đất mặt trời ( theo học Niutơn) Còn giải thích sau tồn khối lượng không gian làm cho không gian bị cong (thuyết tương đối) 1.4.5 Vận dụng kết vào thí nghiệm thực tiễn, khuyến khích học sinh sáng tạo thí nghiệm Ví dụ: Khi dạy xong thí nghiệm nở nhiệt vật rắn khuyến khích học sinh tự làm thí nghiệm nhà tìm tượng tự nhiên, đời sống có liên quan đến tượng này, chẳng hạn để khắc phục tượng nở nhiệt vật rắn ray đường sắt đặt cách khoảng xác định Khi kiến thức từ trang giấy trở lại thực tiễn sống ngược lại Vì trở nên sống động xanh tươi 1.5 Qui trình thiết kế thí nghiệm vào sử dụng thí nghiệm vào dạy học 1.5.1 Xác định sở việc lựa chọn nội dung làm thí nghiệm Khi thiết kế thí nghiệm, dựa vào sở sau: − Dựa vào công tác chuẩn bị phương pháp tổ chức hoạt động dạy học trước lên lớp giáo viên trình bày sách giáo viên − Dựa sở thực tiễn tượng tự nhiên, đồ vật thường thấy đời sống ngày hay ứng dụng kỹ thuật Từ sở liên tưởng đến nội dung dạy, lựa chọn dụng cụ đơn giản để chế tạo thí nghiệm đưa vào dạy học 1.5.2 Tìm nội dung thích hợp cho thiết kế thí nghiệm Nội dung chọn làm thí nghiệm là: − Một hình ảnh thí nghiệm có sẵn sách giáo khoa − Một tập củng cố cho học sinh vận dụng kiến thức sau học − Một thí nghiệm có ý đồ có liên quan đến nội dung học để dẫn dắt học sinh xây dựng kiến thức 1.5.3 Thiết kế thí nghiệm  Bước 1: Xác định loại thí nghiệm Để xác định loại thí nghiệm cho phù hợp phải vào nội dung lựa chọn làm thí nghiệm mục tiêu học, nội dung thuộc phần sách giáo khoa để từ rút loại thí nghiệm  Bước 2: Xác định mục đích thí nghiệm Căn vào nội dung lựa chọn để làm thí nghiệm, mục tiêu học loại thí nghiệm từ xác định mục đích thí nghiệm  Bước 3: Đề nghị dụng cụ phương án thí nghiệm Dựa vào nội dung làm thí nghiệm để thiết kế phương án thí nghiệm từ liệt kê dụng cụ dụng cụ cần thiết để thực hành thiết kế thành công thí nghiệm  Bước 4: Đưa tiến trình thí nghiệm Khi đề phương án dụng cụ thí nghiệm xếp thứ tự bước từ đầu lúc làm thành công thí nghiệm  Bước5: Chế tạo dụng cụ − Nêu tiến trình thực hành thiết kế thí nghiệm − Bước cần lưu ý, lưu ý để làm thành công dụng cụ  Bước 6: Tiến trình làm thử thí nghiệm − Làm thử thí nghiệm theo tiến trình đưa − Nhận xét: Ưu điểm, nhược điểm, lưu ý sử dụng dụng cụ thí nghiệm 1.5.4 Hoàn chỉnh dụng cụ Căn vào nhận xét tiến trình làm thử thí nghiệm để hoàn chỉnh dụng cụ, cụ thể là: − Cần chỉnh sửa để khắc phục nhược điểm − Làm lại để kiểm tra kết 1.5.5 Đề nghị cách tổ chức thí nghiệm dạy học Dụng cụ thí nghiệm đưa vào dạy phần nào, định hướng cho học sinh tập trung ý vào phần thí nghiệm Tổ chức dạy cho phù hợp phải vào mục đích thí nghiệm loại thí nghiệm VẬN DỤNG QUI TRÌNH ĐỂ THIẾT KẾ MỘT SỐ THÍ NGHIỆM HỖ TRỢ VÀO DẠY HỌC VẬT LÝ 10 NÂNG CAO 2.1 Bài 1: Chuyển động vật bị ném 2.1.1 Xác định sở việc lựa chọn nội dung làm thí nghiệm Theo Nguyễn Thế Khôi [5, tr 90], yêu cầu chuẩn bị “ thí nghiệm hình 18.4 SGK ” thực hành thiết kế dụng cụ 2.1.2 Tìm nội dung thích hợp cho thiết kế thí nghiệm Nội dung thiết kế thí nghiệm thuộc phần [4, tr 83] hình ảnh thí nghiệm xuất phát từ toán: “ Một vật ném từ điểm M độ cao h = 4.5 m với vận tốc ban đầu vo= 20 m/s theo phương nằm ngang Hãy xác định: a Dạng quỹ đạo b Thời gian vật bay không khí c Tầm bay xa vât d Vận tốc vật chạm đất Lấy g = 10 m/s2 bỏ qua lực cản không khí.” Để giải toán ta phải chứng minh thời gian chuyển động vật bị ném ngang với thời gian rơi tự độ cao Trong chọn nội dung để thiết kế thí nghiệm 2.1.3 Thiết kế thí nghiệm  Bước 1: Xác định loại thí nghiệm Thí nghiệm kiểm chứng lại kết quả: Thời gian rơi tự thời gian chuyển động ném ngang độ cao  Bước 2: Mục đích thí nghiệm Kiểm chứng thời gian rơi tự với thời gian chuyển động ném ngang độ cao  Bước 3: Đề nghị dụng cụ phương án thí nghiệm − Dụng cụ: + viên bi kích thước khối lượng đường kính 2,5 cm làm vật rơi tự vật ném ngang + gỗ L dài 26 cm để tác dụng lực vào viên bi + giá đỡ viên bi có dạng hình hộp gỗ tích khảng 20cm + bảng gỗ để làm giá đỡ có diện tích bề mặt khoảng 540 cm 250 cm2 + + lò xo có độ cứng k = 5N/m để kéo L quay quanh trục + đinh làm trục quay, đinh vít để móc lò xo búa gỗ nặng để tác dụng lực vào L làm viên bi chuyển động + Keo đốt dán, búa đóng đinh, nến kềm vặn đinh vít, thước thẳng Bi A đặt giá đỡ, bi B giữ vào giá đỡ L tác dụng lò xo Khi ta tác dụng lực vào L búa lúc nhôm gạt bi A theo phương ngang đồng thời bi B không giữ vào giá đỡ rơi tự xuống gạch − Phương án thí nghiệm + Để xác định thời gian rơi tự bi B với thời gian chuyển động ném ngang bi A có rơi đồng thời hay không ta lắng nghe tiếng va chạm bi A bi B xuống mặt sàn, tiếng va chạm lúc hai viên bi rơi thời gian + Để tính thời gian rơi vật ta áp dụng phương trình vật rơi tự độ cao h y=h − 2h gt vật chạm đất y = ⇒ t = g  Bước 4: Đưa tiến trình thí nghiệm − B1: Đặt viên bi lên giá đỡ hình hộp − B2: Dùng thước thẳng chỉnh viên bi theo phương ngang cho độ cao so với mặt đất − B3: Dùng búa gỗ nặng tác dụng lực vào phần phía trục L phía viên bi A Lúc bi A chuyển động ném ngang, bi B chuyển động rơi tự − B4: Khi bước vừa xong ý lắng nghe tiếng va chạm viên bi mặt sàn Kết luận kết thí nghiệm  Bước 5: Chế tạo dụng cụ Khi chế tạo dụng cụ phải tuân theo trình tự sau − B1: Đặt L, giá đỡ hình hộp, viên giá S 1, dùng thước thẳng đánh dấu vị trí giá đỡ, đánh dấu vị trí để lắp trục vào L bảng S1 − B2: Dùng keo dán giá gỗ hình hộp vào vị trí đánh dấu bảng S 1, vặn đinh vít vào đầu L, đóng đinh vào vị trí đánh dấu L bảng S1( ý vị trí đánh dấu trùng đóng đinh vào L làm trục quay) − B3: Móc đầu lò xo vào đinh vít bắt vào L vị trí (1), đầu lại móc vào đinh vít, đinh vít bắt chặt vào bảng S vị trí (2) Bước quan trọng, khoảng cách từ (1) đến (2) có độ dài lớn độ dài lò xo lúc chưa dãn Khi lắp lò xo xong lò xo kéo L ép bi B để bi B không bị rơi xuống bi A tiếp xúc với L, đặt yên giá đỡ − B4: Dán keo vào bảng S1 bảng S2, hợp góc 900, ý mép S2 phải với mặt phẳng S1 để không cản đường rơi bi B Ta dụng cụ hình (2) (1) Đinh vít L Trục quay S1 S2 Dán keo vào chỗ tiếp xúc giá đỡ A B Giá gỗ hình hộp  Bước 6: Tiến trình làm thử thí nghiệm − Đặt dụng cụ độ cao cố định − Đặt bi A lên giá đỡ, bi B ép vào giá đỡ, dùng thước canh theo phương ngang cho bi độ cao − Tác dụng lực vào phần phía L, gần chỗ tiếp xúc với viên bi − Bi B rơi tự do, bi A chuyển động ném ngang − bi chạm gạch nghe âm va chạm vào lúc Tác dụng lực vào đoạn L  F * Nhận xét − bi chạm đất lúc, thực hiệm thí nghiệm đơn giản − Đầu L bị ma sát với bảng S 1, nên lò xo kéo L phải dùng lực nhiều, quay không tốt − Lò xo tiếp xúc với bảng dẫn đến độ dãn kém, làm giảm lực ép vào bi 2.1.4 Hoàn chỉnh dụng cụ thí nghiệm Với nhận xét trên, hoàn chỉnh dụng cụ qua bước làm sau đây: − Chỉnh lại trục quay L dài hơn, để L không tiếp xúc với bảng − Vặn đinh vít (2) cho đầu đinh không sát vào mặt bảng S mà cách khoảng 1/2 chiều dài đinh vít để lò xo không tiếp xúc với mặt bảng S1 − Khi ngưng làm thí nghiệm không nên để bi B ép vào giá đỡ để lâu làm độ cứng lò xo bị giảm làm cho lực ép vào bi B bị yếu dẫn đến thí nghiệm không thành công 2.1.5 Đề nghị cách tổ chức thí nghiệm dạy học − Khi dạy xong câu b toán đưa thí nghiệm kiểm chứng vào tập − Định hướng cho học sinh tập trung ý vào va chạm bi với đất: Sau tác dụng lực vào L, lắng nghe âm lúc chạm đất hai viên bi kết luận − Gọi học sinh lên bảng làm thí nghiệm lớp quan sát − Có thể cho học sinh thảo luận để tính thời gian rơi vật thí nghiệm 2.2 Bài 2: Định luật bảo toàn động lượng 2.2.1 Xác định sở việc lựa chọn nội dung làm thí nghiệm Tôi dựa vào sở sau: − Theo Nguyễn Thế Khôi [5, tr 141] đưa gợi ý phương pháp tổ chức hoạt động dạy học sách giáo viên để thiết kế thí nghiệm sau dạy xong phần nội dung định luật bảo toàn động lượng làm thí nghiệm để kiểm chứng định luật − Trong quân đội, người lính cầm súng bắn, họ phải đặt báng súng tựa vào vai để giảm lực đẩy súng giật phía sau, sau đạn rời khỏi nòng súng Đặt báng súng tì vào vai  F 10 − B1: Đánh dấu trung điểm đoạn dây thép, lấy trung điểm làm chuẩn, bẻ gập hai đầu dây thép lại Dùng kềm ép hai đoạn dây thép bẻ ghập lại gần thật chặt, để lổ nhỏ trung điểm đoạn dây thép, lổ để xuyên lò xo qua − B2: Đóng dây thép vào giá thẳng đứng khoảng cm − B3: Xuyên lò xo vào lỗ dây thép,để dây thép đỡ lấy lò xo nằm cân − B4: Quấn dây đồng vào phần dây thép không bị đóng xuống giá thẳng đứng, để dây thép giữ chặt lò xo nằm cân − B5: Dán keo vào giá đỡ thẳng đứng đặt giá đỡ nằm ngang − B6: Cuộc vào viên bi, dùng kềm uốn đinh ghim giấy có dạng móc, đầu lại sợi vào móc để dễ móc vào viên bi lại Ta dụng cụ hình Dây nối móc bi Lò xo Viên bi Dây đồng quấn quanh dây thép Giá thẳng đứng Dán keo vào chỗ tiếp xúc giá đỡ Dây thép ép chặt đóng vào giá đứng Giá nằm ngang  Bước 6: Tiến trình làm thử thí nghiệm − Viên bi cột móc xuyên qua lò xo móc vào  viên bi lại, viên bi nén lò xo lực F − Dùng kéo que diêm làm đứt dây Hai viên bi chuyển động hai phía ngược nhau, chạm vào giá nằm ngang bi cách giá thẳng đứng khoảng cách S1 S2 gần * Nhận xét − Vì giá đỡ thẳng đứng làm ván ép bề rộng nhỏ nên đóng dây thép vào bị nứt − Vị trí rơi hai bi chưa đạt lò xo chưa cân lúc cắt dây − Lúc xuyên dây qua lò xo để móc vào bi lại bước nhiều thời gian 12 − Thí nghiệm xong lần thứ nhất, làm lại lần hai nhiều thời gian lần 2.2.4 Hoàn chỉnh dụng cụ thí nghiệm Căn vào nhận xét tiến trình làm thử thí nghiệm hoàn chỉnh dụng cụ lại qua bước sau: − Dán keo vào chỗ bị nứt − Trước cắt dây ý chỉnh lò xo cân theo phương nằm ngang − Để xuyên dây qua lò xo nhanh, ta dịch chuyển giá đỡ cho lò xo thẳng đứng xuyên dây qua lò xo thẳng đứng, móc vào bi lại dễ − Cần phải chuẩn bị nhiều dây vào móc sẳng để thí nghiệm lần hai nhanh − Kiểm tra chỗ dán keo vào giá đỡ để giữ cho giá đỡ thẳng đứng chắn 2.2.5 Đề nghị cách tổ chức thí nghiệm dạy học − Khi tiến hành thí nghiệm kiểm chứng cho học sinh xem, bước luồn dây qua lò xo gọi học sinh lên bảng hỗ trợ để dễ làm không bị nhiều thời gian − Nếu thí nghiệm với mục đích minh họa cho học sinh xem không cần đo S 1,S2,chỉ cần cho học sinh nhận xét tượng kết luận kết thí nghiệm − Nếu thí nghiệm cần lấy số liệu xác trước cắt dây, rải lớp cát giá đỡ nằm ngang để đánh dấu vị trí đo quảng đường bi được, chuẩn bị thêm bảng số liệu thí nghiệm sẳng nhà 2.3 Bài 3: Sự chảy thành dòng chất khí Định luật Béc-Nu-Li 2.3.1 Xác định sở việc lựa chọn nội dung làm thí nghiệm Tôi xuất phát từ thực tiễn quan sát được: − Khi chạy xe đạp xe gắn máy cách xe đò xe chở hàng khoảng cách nhỏ  định, ta có cảm giác xe hút vào ta lực F  F d − Trong bình xịt nước tưới hoa có hệ thống xé chất lỏng thành hạt nhỏ Khi nắm tay cầm bình xịt bóp mạnh lúc tiết diện dòng khí ngang miệng bình lắp đặt nhỏ vận tốc dòng khí ngang miệng bình lớn làm cho chất lỏng bị hút từ bình lên miệng chai vận tốc dòng khí lớn xé chất lỏng thành nhiều hạt nhỏ sương 13 Dòng không khí từ bên Hệ thống lắp đặt bình tưới − Luật hàng hải quy định hai tàu thủy qua mặt phải kéo còi, giảm tốc độ giữ khoảng cách định, hai tàu thủy vượt với khoảng cách gần đâm vào Do áp suất dòng chảy khoảng mặt đối diện tàu lớn áp suất dòng chảy mặt phía tàu, sinh lực hút tàu lại gần A Hai tàu A & B hút lực qua mặt khoảng cách gần định d B − Khi tắm dòng sông có nước chảy mạnh ta bị hút vào dòng chảy lực lớn − Quan sát người tưới cây, muốn tia nước xa họ bóp nhỏ đầu ống cao su lại che phần ống nước, tiết diện ống giảm đồng thời áp suất thủy tĩnh tiết diện lớn sinh lực đẩy nước xa 14  F Dùng ngón trỏ che phần ống nước để tạo lực đẩy nước xa 2.3.2 Tìm nội dung thích hợp cho việc thiết kế thí nghiệm Từ thực tế quan sát thấy tượng kiện nêu có liên quan đến vận tốc dòng chảy áp suất tĩnh chất lỏng chất khí Chỗ có vận tốc lớn áp suất tĩnh nhỏ ngược lại chỗ có vận tốc dòng chảy nhỏ áp suất tĩnh lớn chọn nội dung để thiết kế thí nghiệm 2.3.3 Thiết kế thí nghiệm  Bước 1: Xác định loại thí nghiệm Thí nghiệm minh họa mối quan hệ công thức định luật Becnuli p + ρv = const áp suất tĩnh vận tốc dòng  Bước 2: Mục đích thí nghiệm Minh họa mối quan hệ áp suất tĩnh vận tốc dòng chảy công thức định luật Becnuli  Bước 3: Đề nghị dụng cụ − Dụng cụ gồm có: + Quạt gió mini, tờ giấy A có kích thước, kẹp giấy, hai bong bóng kích thước khác màu + gỗ L1, L2 làm giá đỡ dài 40cm, giá đỡ làm mặt chân đế, nhựa gỗ dài 10 cm làm giá đỡ, đinh, búa, đinh ghim giấy, thước thẳng, viết − Phương án thí nghiệm 2 Ta có công thức định luật Becnuli: p + ρv = const cho biết nơi có vận tốc dòng lớn áp suất tĩnh p nhỏ ngược lại chỗ có vận tốc dòng nhỏ áp suất tĩnh lớn 15 Mà: p = ∆F tức p tỉ lệ với F tỉ lệ nghịch với S Khi p lớn sinh lực tác dụng lớn ∆S lên vật Như vận tốc dòng khí hai tờ giấy lớn áp suất bên tờ giấy nhỏ áp suất bên hai tờ giấy, sinh lực đẩy hai tờ giấy lại gần  Bước 4: Đưa tiến trình thí nghiệm − Kiểm tra nơi làm thí nghiệm phải gió lùa − kẹp giấy kẹp vào hai tờ giấy, móc vào vị trí đóng đinh giá đỡ cho tờ giấy song song với mặt phẳng thẳng đứng − Chỉnh cho tờ giấy theo phương thẳng đứng phương ngang − Bật quạt mini để tạo luồng gió thổi vào khoảng tờ giấy Làm tương tự bước bong bóng Nhận xét tượng thí nghiệm rút kết luận  Bước 5: Chế tạo dụng cụ − B1: Đóng giá đỡ có dạng hình vẽ sau: Thanh L1, L3 chuyển động được, L chuyển động quanh trục ( với trục đinh đóng vào đầu L L1 để dễ vận chuyển dụng cụ làm thí nghiệm lớp Trục quay (1) (2) L2 L3 Đinh Giấy A4 L1 Dán keo − B2: Đóng đinh vào mép L2 hình vẽ để móc kẹp giấy vào vị trí (1) (2), vị trí cách cm  Bước 6: Tiến trình làm thử thí nghiệm − − − Kẹp tờ giấy móc vào đinh đóng mép L2 Chỉnh cho tờ giấy theo phương thẳng đứng phương ngang Tránh có gió lùa lúc làm thí nghiệm 16 − Bật quạt cho dòng chất khí chuyển động thành dòng khoảng tờ giấy Chú ý vị trí cầm quạt thổi vào tờ giấy 1/3 tờ giấy tính từ phía mặt bên tờ giấy có p lớn mặt đẩy hai tờ giấy lại gần −  F  v Kết luận: tờ giấy khép lại lúc, tờ giấy tiến lại gần đến quạt gió gió thổi vào tờ giấy , chuyển động hỗn độn theo hướng gió Hiện tượng xảy tương tự thí nghiệm bong bóng bong bóng bị hút lại gần  v  F * Nhận xét: − − − Hiện tượng xảy treo tờ giấy gần nên gió thổi vào tờ giấy làm giấy chuyển động hỗn độn không với lý thuyết Khi bật quạt thổi vào khoảng không tờ giấy không cố định quạt nên làm gió thổi nhiều hướng dẫn đến gió thổi vào tờ giấy làm tượng xảy không Khi nghỉ làm thí nghiệm, quay L ngược chiều kim đồng hồ L 1, làm cho đinh không cố định, lâu ngày làm rơi đinh khỏi giá đỡ trục quay 17 2.3.4 Hoàn chỉnh dụng cụ Tôi dựa vào nhận xét sau làm thí nghiệm để hoàn chỉnh dụng cụ − Thay đổi vị trí đóng đinh ghim giấy xa so với vị trí (1) Để làm xác tượng nên cầm tờ giấy làm thử thí nghiệm trước đóng đinh ghim giấy vào vị trí đánh dấu vào mép L2 − Trước bật quạt, chỉnh cho hướng quạt gió khoảng không tờ giấy, không di chuyển quạt lúc làm thí nghiệm − Kiểm tra hoạt động L2 để cố định đinh đóng vào L2 L3 2.3.5 Đề nghị cách tổ chức thí nghiệm dạy học − − Khi dạy xong định luật Becnuli, đưa biểu thức định luật, giải thích mối quan hệ đại lượng công thức sau đưa thí nghiệm minh họa vào dạy Gợi ý cho học sinh tập trung ý vào chuyển động hai tờ giấy lúc trước sau làm thí nghiệm Giải thích tượng rút nhận xét 2.4 Bài 4: Lực hướng tâm, lực quán tính li tâm, tượng tăng, giảm trọng lượng 2.4.1 Xác định sở việc lựa chọn nội dung làm thí nghiệm Tôi dựa vào sở sau đây: − − Yêu cầu chuẩn bị thí nghiệm hình 22.1, 22.3, 22.4 sách giáo viên Ở khu giải trí, người ta thường chơi trò chơi đu quay, họ ngồi xích đu, chuyển động tròn quanh trục xích đu nối với trục đoạn dây sắt Nhờ lực căng dây để giữ xích đu chuyển động quanh trục Lực đóng vai trò lực hướng tâm ω  F Trục quay − Khi tham gia giao thông, thường thấy đoạn đường cong người ta làm đường cao đoạn đường thẳng khổ đường rộng so với khổ đường thẳng để đảm bảo an toàn 18 − Nhờ có lực hấp dẫn mà mặt trăng chuyển động quanh trái đất với quỹ đạo không đổi lực hấp dẫn trường hợp đóng vai trò lực hướng tâm với tâm trái đất 2.4.2 Tìm nội dung thích hợp cho thiết kế thí nghiệm Lực hướng tâm phần quan trọng học để vận dụng vào giải thích tượng tăng giảm trọng lượng Giáo viên làm thí nghiệm hình 22.1[4,tr 98] để dẫn tới khái niệm lực hướng tâm Tôi chọn nội dung để thiết kế thí nghiệm 2.4.3 Thiết kế thí nghiệm  Bước 1: Xác định loại thí nghiệm Nội dung thiết kế thí nghiệm thuộc loại thí nghiệm mở đầu thí nghiệm minh họa lực  Bước 2: Xác định Mục đích thí nghiệm − Thí nghiệm mở đầu để xây dựng khái niệm lực hướng tâm − Thí nghiệm minh họa để minh họa chuyển động tròn xuất lực hướng tâm Sau thiết kế thí nghiệm  Bước 3: Đề nghị dụng cụ phương án thí nghiệm  Thí nghiệm mở đầu − Dụng cụ Một ống hình trụ dài 12cm để cầm quay với vận tốc góc ω , sợi dây gân dài 1m, tán để làm vật nặng − Phương án 19 Theo quan niệm Issac Niutơn [1, tr125] cho lực xuất phát từ tâm cố định vật vạch nên đường tròn, ta gọi lực hướng tâm lực kéo phía tâm Với thí nghiệm dùng tán để tạo lực xuất phát tâm để kết luận lực kéo vật chuyển động tròn phía tâm lực hướng tâm  Thí nghiệm minh họa − Dụng cụ + Một động tạo chuyển động quay tròn (quạt gió mini), máng nhựa thẳng nằm ngang dài 30 cm (máng lấy từ ống dây dẫn điện), nến dài cm, lọ thủy tinh hở đầu để che cho lửa không bị tắt, nhựa phẳng làm mặt chân đế, giấy cứng, lõi cuộn để đựng nến cho nến không bị ngã dán vào làm trục quay, que diêm giấy cuộn tròn + Cưa, keo dán, viết, thước thẳng − Phương án thí nghiệm Khi vật chuyển động tròn hợp lực tất lực tác dụng lên vật lực hướng tâm Cây nến thắp sáng đặt hai đầu máng nhựa, chuyển động tròn quanh trục động cơ, nến không tắt nhờ lọ thủy tinh chắn gió bao quanh bên nến Lúc ta thấy lửa nến tạt vào thành thủy tinh hướng phía tâm trục quay, lực hướng tâm tác dụng lên lửa  Bước 4: Đưa tiến trình thí nghiệm  Thí nghiệm mở đầu − Tay cầm tán ống hình trụ quay cho tán phía hình trụ chuyển động tròn, tán phía chịu tác dụng trọng lực quay tròn chỗ trục quay − Thả đồng thời tán cầm tay cho chuyển động hướng xuống Quan sát rút nhận xét  Thí nghiệm minh họa − Dùng que diêm giấy cuộn tròn để thắp sáng nến đặt lọ thủy tinh − Khởi động động lúc nhựa bắt đầu quay quanh trục cố định − Khi quay ổn định, quan sát lửa nến ta thấy lửa bị tạt phía thành ống thủy tinh hướng trục quay − Tắt động cơ, quan sát lọ thủy tinh ta thấy có vệt khói đen bám vào thành thủy tinh hướng phía trục quay Điều chứng tỏ lửa nến chuyển động tròn chịu tác dụng lực hướng tâm  Bước 5: Chế tạo dụng cụ  Thí nghiệm mở đầu Thắt nút hai đầu dây gân để tạo thành dây kép, xuyên dây gân vào tán ống hình trụ Ở đầu dây thắt rút vào tán để tán không bị rơi Ta dụng cụ có hình 20 Ống trụ rỗng có dạng ăngten Dây gân Con tán quay tròn chỗ chịu t/d trọng lực Con tán chuyển động tròn  Thí nghiệm minh họa − Dùng thước đo đánh dấu vị trí trung điểm nhựa làm tâm − Tại đầu nhựa, cưa lõi ống hình trụ cao cm, đốt keo dán vào đầu nhựa cách tâm − Để nến vào lõi ống Dán keo vào đầu ống thủy tinh ép chặt vào nhựa cho nến ống thủy tinh − Cưa lõi ống cao 2cm đầu dán dính vào tâm nhựa, đầu dán vào trục quay động − Khoét mặt phẳng chân đế lỗ vừa với đáy động Đặt quạt vào lỗ để cố định trọng tâm làm quạt không bị ngã ống thủy tinh không bị bể Dụng cụ hoàn thành hình vẽ sau Nến Dán keo vào đầu lõi cuộn Rãnh đặt ống thủy tinh vào Máng Lõi cuộn để làm trục quay Mặt chân đế Quạt gió boc hộp giấy Ống trụ rỗng đầu Khoét lỗ mặt chân đế, đặt quạt vào  Bước 6: Tiến trình làm thử thí nghiệm  Thí nghiệm mở đầu 21 − Tay cầm ống quay tán quay cho tán phía chuyển động tròn Dùng tay điều chỉnh cho tán phía không dao động qua lại − Khi vật chuyển động tròn ổn định, thả tán chuyển động xuống phía dưới, lúc trọng lực kéo tán quay tròn tâm, vật quay nhanh, tay giữ ống quay với vận tốc không đổi Vật bị kéo tay quay mà tay quay giữ cố định ta xem tâm * Nhận xét Hiện tượng chưa rõ: Khi vật bị kéo vào tâm, vận tốc góc tăng  Thí nghiệm minh họa ω Ngọn lửa tạt phía tâm làm đen ống thủy tinh (b) (a) (a): Khi khởi động quạt; (b): Kết thúc thí nghiệm − Dùng que diêm thắp sáng nến − Bật động để quay nhựa ( vừa khởi động, tạo lực quay ban đầu vào máng để máng quay nhanh ổn định) − Khi chuyển động ổn định, quan sát nến ta thấy nến bị tạt vào thành ống thủy tinh hướng phía trục quay Khi tắt động tắt nến thấy có vệt khói đen bám vào thành thủy tinh đối diện với trục quay Vậy nến thắp sáng chuyển động tròn minh họa lực hướng tâm * Nhận xét − Hiện tượng chưa rõ do: Ngọn nến ngắn, ôxi lọ không đủ để cháy làm lửa nhỏ dẫn tới nến dễ bị tắt lúc quay động − Tại vị trí đặt nến vào lõi ống chỉ, lõi vừa với nến làm cho sáp nến chảy xuống mặt bàn lúc động quay − Sau nhiều lần thí nghiệm làm nến ngắn đi, lúc việc lấy nến không dễ sáp nến bám chặt vào nhựa, làm sứt keo dán ống thủy tinh vào máng 22 2.4.4 Hoàn chỉnh dụng cụ thí nghiệm  Thí nghiệm mở đầu Tôi dựa vào nhận xét để hoàn chỉnh dụng cụ: − Thay dây khác dài tăng thêm khối lượng lúc thả vật cách tăng thêm số tán − Khi thả vật, tay giữ với vận tốc không đổi có nhỏ, người quan sát thí nghiệm không thấy Để thực điều đòi hỏi kỹ làm thí nghiệm giáo viên  Thí nghiệm minh họa Tôi vào nhận xét tiến trình làm thử thí nghiệm để hoàn chỉnh dụng cụ, làm bước sau đây: − Không để nến ngắn làm thí nghiệm − Lõi ống có đường kính lớn nến để sáp nến chảy vào lõi − Cưa mặt bên máng nhựa để kẹp ống thủy tinh lại, sau thí nghiệm xong lấy ống thủy tinh lau vết khói bám vào thành ống thay nến dễ 2.4.5 Đề nghị cách tổ chức thí nghiệm dạy học  Thí nghiệm mở đầu Thí nghiệm thuộc loại thí nghiệm mở đầu để xây dựng kiến thức, làm thí nghiệm không tạp đòi hỏi kỹ dẫn dắt học sinh xây dựng kiến thức Theo ý nên làm sau: Vào dạy giáo viên cố lại chuyển động tròn tán, chưa để ý đến vật phía Khi vật chuyển động tròn ổn định, giáo viên đưa vấn đề để học sinh thảo luận: Khi tăng khối lượng vật phía có ảnh hưởng đến chuyển động tròn vật phía (gợi ý: Bán kính vận tốc thay đổi nào, đâu mà gây thay đổi đó) dẫn dắt học sinh đến khái niệm lực hướng tâm  Thí nghiệm minh họa Theo cách tổ chức thí nghiệm vào dạy học sau: − Sau đưa biểu thức tính lực hướng tâm đưa thí nghiệm minh họa vào dạy − Lưu ý cho học sinh tập trung ý lửa nến trước sau quay động Khi kết thúc thí nghiệm cho học sinh quan sát vệt khói bám vào thành thủy tinh rút nhận xét − Có thể cho học sinh thảo luận câu hỏi sau làm thí nghiệm: Điều kiện xuất lực hướng tâm, xác định phương chiều lực hướng tâm 23 C KẾT LUẬN Với mục tiêu đề thiết kế năm dụng cụ thí nghiệm hỗ trợ vào dạy học đồng thời viết báo cáo sở lí thuyết đề tài trình thiết kế thí nghiệm Các dụng cụ góp phần giải yêu cầu giảng dạy Trong chương trình vật lí phổ thông, số học chưa có thí nghiệm để đưa vào dạy học, giới hạn đề tài thiết kế năm dụng cụ để vận dụng vào dạy học bốn sách giáo khoa hạn chế đề tài Các thí nghiệm tự tạo bị hư tổn trình di chuyển, vật liệu làm nên dụng cụ thí nghiệm thu từ vật dụng thường gặp đời sống ngày từ phế phẩm, theo thời gian bị ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu dẫn đến kết thí nghiệm không xác đòi hỏi giáo viên phải tạo hạn chế đề tài Trong tuơng lai tiếp tục nghiên cứu phát triển đề tài không phạm vi chương trình vật lí 10 nâng cao mà nghiên cứu chương trình vật lí 11 12, nguồn tài liệu: Sách, báo, internet học hỏi kinh nghiệm từ đồng nghiệp để đề tài ngày hoàn thiện hơn, góp phần thực mục tiêu dạy học Trong trình thực đề tài, tránh khỏi sai sót, mong nhận ý kiến đóng góp từ quí thầy cô bạn để đề tài hoàn thiện 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO  J.David Lockard - Hướng dẫn giảng dạy khoa học tự nhiên, NXB giáo dục 1995 Lê Phước Lộc, Trần Quốc Tuấn, Bùi Quốc Bảo, Bùi Đức Thắng – Giáo trình lý luận dạy học vật lý, NXB Đại học Cần Thơ 2004 Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế- Phương pháp dạy học vật lý trường phổ thông, NXB Đại học sư phạm 2002 Nguyễn Thế Khôi, Phạm Quý Tư – Vật lý 10 nâng cao_ SGK , NXB giáo dục 2007 Nguyễn Thế Khôi, Phạm Quý Tư – Vật lý 10 nâng cao_ SGV, NXB giáo dục 2007 Thuvienvatly.com/khovideo www.google.com.vn/videovatly 25 MỤC LỤC  26 ... + Thí nghiệm trực diện + Thí nghiệm thực hành vật lý + Thí nghiệm quan sát vật lý nhà Trong đề tài nghiên cứu xoay quanh thí nghiệm sau: Thí nghiệm mở đầu thí nghiệm minh họa gọi chung thí nghiệm. .. 312], thí nghiệm biểu diễn có loại: Thí nghiệm mở đầu Thí nghiệm nghiên cứu tượng Trong thí nghiệm chia hai loại là: Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát thí nghiệm nghiên cứu minh họa ( thí nghiệm. .. kế thí nghiệm 2.4.3 Thiết kế thí nghiệm  Bước 1: Xác định loại thí nghiệm Nội dung thiết kế thí nghiệm thuộc loại thí nghiệm mở đầu thí nghiệm minh họa lực  Bước 2: Xác định Mục đích thí nghiệm